汕头大学：物理系实验教学中心《光电子基础》课程教学资源（实验讲义，共十六个实验）

汕头大学“光电信息科学与工程”本科专业光电子基础实验讲义第一版广东省物理实验教学示范中心光电子技术实验室编2017年1月

汕头大学“光电信息科学与工程”本科专业 光电子基础实验讲义 第一版 广东省物理实验教学示范中心 光电子技术实验室编 2017 年 1 月

光电子实验课程要求1、按时上课，不要迟到，不要穿拖鞋到实验室：2、严禁携带食品和饮料进入实验室，若带水杯的话，请选择有盖的杯子；3、上课之前，请认真预习将进行的实验项目；4、上课时请自备足够的草稿纸，以便记录数据：5、所有实验数据必须得到带课老师的签名认可后方为有效，带课老师在实验数据上签字后，学生才可以离开实验室；6、遵守实验纪律，爱护实验仪器，发生故障或出现不正常现象应马上报告，绝对禁止私自调换实验仪器；7、不得在实验所使用的计算机中私自安装软件，若需要安装必备的软件必须得到带课老师的许可；8、完成实验后，及时完成实验报告，并在下周上课时上交；9、实验报告的内容见附录，必须手写，不得打印；10、本课程上课时间为13:00~15:40，按时上下课，若未能准时完成实验，请另找时间补课。11、实验结束后要整理好仪器、清理桌面后方可离开实验室。附录：实验报告的规格和内容一个完整的实验报告应包括以下几部分：1、实验题目2、实验目的3、实验仪器4、实验原理在这部分应该给出本实验相关的实验原理，必须理解后用自已的语言表述，切勿原封不动地抄写下来：必须给出必要的实验框图、公式、图表等。对于那些在讲义中有，但与具体的实验没有直接关联的内容，则可以忽略。5、实验内容6、实验结果7、实验心得与体会

光电子实验课程要求 1、按时上课，不要迟到，不要穿拖鞋到实验室； 2、严禁携带食品和饮料进入实验室，若带水杯的话，请选择有盖的杯子； 3、上课之前，请认真预习将进行的实验项目； 4、上课时请自备足够的草稿纸，以便记录数据； 5、所有实验数据必须得到带课老师的签名认可后方为有效，带课老师在实验 数据上签字后，学生才可以离开实验室； 6、遵守实验纪律，爱护实验仪器，发生故障或出现不正常现象应马上报告， 绝对禁止私自调换实验仪器； 7、不得在实验所使用的计算机中私自安装软件，若需要安装必备的软件必须 得到带课老师的许可； 8、完成实验后，及时完成实验报告，并在下周上课时上交； 9、实验报告的内容见附录，必须手写，不得打印； 10、本课程上课时间为 13:00~15:40，按时上下课，若未能准时完成实验，请 另找时间补课。 11、实验结束后要整理好仪器、清理桌面后方可离开实验室。 附录：实验报告的规格和内容 一个完整的实验报告应包括以下几部分： 1、实验题目 2、实验目的 3、实验仪器 4、实验原理 在这部分应该给出本实验相关的实验原理，必须理解后用自己的语言表 述，切勿原封不动地抄写下来；必须给出必要的实验框图、公式、图表等。 对于那些在讲义中有，但与具体的实验没有直接关联的内容，则可以忽 略。 5、实验内容 6、实验结果 7、实验心得与体会

目录实验一电光调制实验实验二声光调制.实验三光电倍增管电流倍增特性与特性参数测量实验·15实验四-24光电探测器性能指标测量实验·实验五太阳能电池光伏特性测量实验·31实验六LD泵浦固体激光器的光路调整实验·.37实验七半导体激光器输出特性测量实验..42实验八氢激光器谐振腔调整及测量实验...48实验九LED光电特性测试实验..52实验十四象限探测器测量实验..59实验十一氢氛激光模式分析实验..64实验十二高斯光束的传输与变换实验...72实验十三LD泵浦Nd:YVO4固体激光器性能参数测量实验.73实验十四LED温度特性及色度测量实验...81实验十五LD耦合光纤激光器光电特性及温度特性测试实验.92·99实验十六线阵和面阵CCD传感器原理实验·

目    录 实验一 电光调制实验.1 实验二     声光调制. 9 实验三 光电倍增管电流倍增特性与特性参数测量实验.15 实验四     光电探测器性能指标测量实验.24 实验五 太阳能电池光伏特性测量实验.31 实验六 LD 泵浦固体激光器的光路调整实验.37 实验七     半导体激光器输出特性测量实验.42 实验八     氦氖激光器谐振腔调整及测量实验.48 实验九     LED 光电特性测试实验.52 实验十     四象限探测器测量实验.59 实验十一    氦氖激光模式分析实验.64 实验十二    高斯光束的传输与变换实验.72 实验十三    LD 泵浦 Nd: YVO4 固体激光器性能参数测量实验.73 实验十四    LED 温度特性及色度测量实验.81 实验十五    LD 耦合光纤激光器光电特性及温度特性测试实验.92 实验十六 线阵和面阵 CCD 传感器原理实验.99

实验一电光调制实验一、实验目的1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法；2、观察电光调制实验现象，并测量电光晶体的各参数。3、实现模拟光通讯.二、实验仪器光学导轨、X轴一维调节滑座、起偏器及手动X轴旋转架、检偏器及手动X轴旋转架、入/4波片及手动X轴旋转架、固体激光器、电光调制器、光电探测器、电光调制实验仪、信号源三、实验原理某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度E的改变，晶体的折射率会发生改变，这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变化用下式表示：n=n+aE.+bE?+....(1)式中a和b为常数，n°为E=0时的折射率。由一次项aE引起折射率变化的效应，称为一次电光效应，也称线性电光效应或普克尔电光效应；由二次项引起折射率变化的效应，称为二次电光效应，也称平方电光效应或克尔效应。电光效应根据施加的电场方向与通光方向相对关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调制；利用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应两种。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光效应，称为纵向电光效应，通常以KD*P类型晶体为代表。加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播方向垂直时产生的电光效应，称为横向电光效应，以LiNbo，晶体为代表。（一）一次电光效应n3DX图1折射率椭球锯酸锂晶体具有优良的压电、电光、声光、非线性等性能。本实验中采用的是LN电光晶体，它的工作原理如下：1

1 实验一 电光调制实验 一、 实验目的 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法; 2、观察电光调制实验现象,并测量电光晶体的各参数。 3、实现模拟光通讯. 二、 实验仪器 光学导轨、X 轴一维调节滑座、 起偏器及手动 X 轴旋转架、检偏器及手动 X 轴旋转架、 λ/4 波片及手动 X 轴旋转架、固体激光器、电光调制器、光电探测器、电光调制实验仪、 信号源 三、 实验原理 某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度 E 的改变，晶体的折射率会发生 改变，这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变化用下式表示: 0 2 0 0 n n aE bE     (1) 式中a和b为常数， 0 n 为E0=0时的折射率。由一次项aE0引起折射率变化的效应，称为一次 电光效应，也称线性电光效应或普克尔电光效应；由二次项引起折射率变化的效应，称为二 次电光效应，也称平方电光效应或克尔效应。电光效应根据施加的电场方向与通光方向相对 关系，可分为纵向电光效应和横向电光效应。利用纵向电光效应的调制，叫做纵向电光调 制；利用横向电光效应的调制，叫做横向电光调制。晶体的一次电光效应分为纵向电光效应 和横向电光效应两种。把加在晶体上的电场方向与光在晶体中的传播方向平行时产生的电光 效应，称为纵向电光效应，通常以KD P 类型晶体为代表。加在晶体上的电场方向与光在晶 体里传播方向垂直时产生的电光效应，称为横向电光效应 ，以 LiNbo3 晶体为代表。 （一）一次电光效应 铌酸锂晶体具有优良的压电、电光、声光、非线性等性能。本实验中采用的是 LN 电光晶 体. 它的工作原理如下： 图 1 折射率椭球 Z y x n n n3

LN晶体是三方晶体n=n，=n。，n,=n。，折射率椭球为以z轴为对称轴的旋转椭球，垂直于z轴的截面为圆，如图1所示：其电光系数为：0-22Y130Y22Y13003300Y5100Ys100L-Y22没有加电场之前，LN的折射率椭球为x?+y2, 2?(2)=1+n.ne加上电场之后，其折射率椭球变为：（11-Y22Exx?+Y22E22E.xy=1(n)(no(3)进行主轴变换后得到：(1-Y2,Exx=+Y22Eno(no(4)考虑到nY22E<1，经化简得到1n=no+=noyE21 noY2En=no-.2(5)当×轴方向加电场时，新折射率椭球绕Z轴转动45°。折射率椭球界面的椭圆方程化为：+=1(6)nn经过晶体后，o光和e光产生的相位差为：2元2元8=(n.-n.)1=noyV元元a(7)式中，d为外加电场方向上（即x方向）的品体厚度，V为加在晶体x方向上的电压，Ex=do2

2 LN 晶体是三方晶体 1 2 n n  = o n ， 3 e n n  ，折射率椭球为以 z 轴为对称轴的旋转椭球， 垂直于 z 轴的截面为圆,如图 1 所示：其电光系数为： 22 13 22 13 33 51 51 22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0                             没有加电场之前，LN 的折射率椭球为 22 2 2 2 1 o e xy z n n    （2） 加上电场之后，其折射率椭球变为: 2 1 1 1 22 2 2 22 0 2 2 22 0                      E y E xy n Ex x n x x    （3） 进行主轴变换后得到： 1 1 1 2 2 22 0 2' 2 22 0                     E y n Ex x n x   （4） 考虑到 n 22Ex 2 0  <<1，经化简得到 x x n n n 22E 3 0 0 2 1 ,    x y n n n 22E 3 0 0 2 1 ,    (5) 当 X 轴方向加电场时，新折射率椭球绕 Z 轴转动 45 。折射率椭球界面的椭圆方程化为： ௫′2 ௡ೣ′ 2 ൅ ௬′2 ௡೤′ 2 ൌ 1 (6) 经过晶体后,o 光和 e 光产生的相位差为: ' ' 2 ( ) x y n n      3 0 22 2 l l nV d     （7） 式中，d为外加电场方向上（即x方向）的晶体厚度，V为加在晶体x方向上的电压，ܧ௫ ൌ ௏ ௗ