實(shí)驗(yàn)名稱:正交相鉭鈮酸鉀晶體的線性電光效應(yīng)
測試設(shè)備:高壓放大器、He-Ne激光器、光電探測器、鎖相放大器、計(jì)算機(jī)等。
實(shí)驗(yàn)過程:
圖1:Mach-Zehnder雙光束干涉測量系統(tǒng)
雙光束干涉法的基本原理如圖1所示,光源選用He-Ne激光器,激光光束經(jīng)過分束棱鏡BS1可以分為信號光和參考光,利用透鏡將信號光聚焦通過樣品,由于樣品的存在,信號光通過樣品時(shí)會引入額外光程,進(jìn)而兩束光的光程產(chǎn)生差異,在BS2處發(fā)生干涉,利用透鏡將干涉條紋進(jìn)行放大到光電探測器,光電探測器可以將接受的光信號轉(zhuǎn)化為電信號并再傳遞到鎖相放大器。信號被鎖相放大器調(diào)制輸出后通過高壓放大器放大后施加在晶體上,利用高壓放大器可以有效地控制外加電場的大小。整個(gè)雙光束干涉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集由計(jì)算機(jī)來完成。
為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度,在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過程中我們把信號光和參考光兩束光中加入衰減片,以此使調(diào)制后的兩束光光強(qiáng)大致相等,這樣可以提高干涉條紋的調(diào)制度;不可避免的材料中會存在光折變,當(dāng)光束通過晶體時(shí)會產(chǎn)生一定程度的散射,使得出射光的光斑變散,因而通過衰減片可以調(diào)控光束使之成為弱光,再打在樣品上;在光路搭建中還加進(jìn)了偏振片,利用偏振片改變晶體中光的偏振態(tài)來測量電光系數(shù)矩陣的不同張量元。
實(shí)驗(yàn)中,選用出射光波長為632.8nm的He-Ne激光器,通過鎖相放大器調(diào)節(jié)外加正弦型電場的頻率,并將其利用高壓放大器為KTN單晶施加一個(gè)的大電壓,晶體兩電極間的距離為d=2.17mm,透光方向上的長度為l=0.79mm。為了提高光束的質(zhì)量,在信號光路晶體樣品的前后加入焦距為15cm的凸透鏡,使打在樣品上的光斑直徑縮小,這樣可以減小透過光束的散射程度。
圖2:正交相晶體實(shí)驗(yàn)條件示意圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
正交相KTN晶體[011]方向極化之后,以[011]c為x1方向,以[100]c為x2方向,以[011]c為x3方向。如圖2所示,在實(shí)驗(yàn)過程中,施加電場方向?yàn)閇011]c方向,入射光的通光方向?yàn)閇011]c方向。當(dāng)入射光的偏振方向?yàn)樗狡駮r(shí),通過實(shí)驗(yàn)測出得γ13=1.04×10-11m/V,調(diào)整入射光為豎直偏振時(shí),可以計(jì)算得出γ33=7.80×10-11m/V。
由于正交相KTN晶體的內(nèi)部存在亞微米量級的鐵電疇結(jié)構(gòu),小尺寸的疇結(jié)構(gòu)可使得電極化率得到提升,進(jìn)而可以增強(qiáng)正交相KTN鐵電單晶的電光效應(yīng),所以正交相KTN晶體可以表現(xiàn)出優(yōu)異的電光效應(yīng)。
電壓放大器推薦:ATA-2161
圖:ATA-2161高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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