高壓放大器在正交相鉭鈮酸鉀晶體的線性電光效應中的應用

實驗名稱：正交相鉭鈮酸鉀晶體的線性電光效應

測試設備：高壓放大器、He-Ne激光器、光電探測器、鎖相放大器、計算機等。

實驗過程：

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，信號光通過樣品時會引入額外光程，進而兩束光的光程產生差異，在BS2處發(fā)生干涉，利用透鏡將干涉條紋進行放大到光電探測器，光電探測器可以將接受的光信號轉化為電信號并再傳遞到鎖相放大器。信號被鎖相放大器調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。整個雙光束干涉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集由計算機來完成。

為了提高實驗的精確度，在實驗進行的過程中我們把信號光和參考光兩束光中加入衰減片，以此使調制后的兩束光光強大致相等，這樣可以提高干涉條紋的調制度；不可避免的材料中會存在光折變，當光束通過晶體時會產生一定程度的散射，使得出射光的光斑變散，因而通過衰減片可以調控光束使之成為弱光，再打在樣品上；在光路搭建中還加進了偏振片，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。

實驗中，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：正交相晶體實驗條件示意圖

實驗結果：

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，在實驗過程中，施加電場方向為[011]c方向，入射光的通光方向為[011]c方向。當入射光的偏振方向為水平偏振時，通過實驗測出得γ13=1.04×10-11m/V，調整入射光為豎直偏振時，可以計算得出γ33=7.80×10-11m/V。

由于正交相KTN晶體的內部存在亞微米量級的鐵電疇結構，小尺寸的疇結構可使得電極化率得到提升，進而可以增強正交相KTN鐵電單晶的電光效應，所以正交相KTN晶體可以表現(xiàn)出優(yōu)異的電光效應。

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圖：ATA-2161高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇