高壓放大器在正交相鉭鈮酸鉀晶體的線性電光效應(yīng)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱：正交相鉭鈮酸鉀晶體的線性電光效應(yīng)

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、He-Ne激光器、光電探測(cè)器、鎖相放大器、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：Mach-Zehnder雙光束干涉測(cè)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(guò)分束棱鏡BS1可以分為信號(hào)光和參考光，利用透鏡將信號(hào)光聚焦通過(guò)樣品，由于樣品的存在，信號(hào)光通過(guò)樣品時(shí)會(huì)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(cè)器，光電探測(cè)器可以將接受的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并再傳遞到鎖相放大器。信號(hào)被鎖相放大器調(diào)制輸出后通過(guò)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(chǎng)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(lái)完成。

為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中我們把信號(hào)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(huì)存在光折變，當(dāng)光束通過(guò)晶體時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的散射，使得出射光的光斑變散，因而通過(guò)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(lái)測(cè)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(zhǎng)為632.8nm的He-Ne激光器，通過(guò)鎖相放大器調(diào)節(jié)外加正弦型電場(chǎng)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(zhǎng)度為l=0.79mm。為了提高光束的質(zhì)量，在信號(hào)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(guò)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(guò)程中，施加電場(chǎng)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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jí)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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審核編輯 黃宇