Home實驗項目9】電光效應E.O.電光效應實驗-PL

電光效應實驗-PL

使用P1和P2

【一】 $P_1 \perp P_2$

光偵測器--->>BNC線--->>示波器 CH01

1、對光，雷射光打到光偵測器，確定示波器顯示光訊號最強。

光偵測器所接收到的半導體雷射訊號為直流訊號(DC訊號)，
因此，此時示波器【耦合】要設定為【直流DC】，
【反相】設定為【關閉OFF】，
【探棒】設定為【1*】

(示波器設定)

(示波器接收到半導體雷射的圖)

2、放入偏振片 $P_1$ ，旋轉偏振片 $P_1$ 使得光偵測器接收的訊號最弱，

此時， $P_1 \perp laser$

將 $P_1$ 轉 90 度，使得 $P_1 // laser$

紀錄 $P_1$ 刻度=______

3、放入偏振片 $P_2$ ，旋轉偏振片 $P_2$ 使得訊號最弱，

此時， $P_1 \perp P_2$ ， $P_1 // laser$

紀錄 $P_1$ 刻度=______與 $P_2$ 刻度=______。

4、放入 E.O. 晶體，調整E.O.晶體高度角度，使得訊號維持最弱。

【二】高壓放大器放大倍率

1、波形產生器--->>BNC線--->>示波器CH1

波形產生器輸出設定： $50mV_{p-p}$ ， $100Hz$ 正弦波

紀錄輸出訊號振福大小 = $V_F=102 mV_{pp}$

儀器有換新，請依你的數據去計算放大倍率

2、波形產生器--->>高壓放大器輸入端

高壓放大器 HV OUTPUT 輸出--->>示波器 CH01

紀錄輸出訊號振福大小 = $V_{HV}=4 V_{pp}$

高壓放大器 monitor 輸出--->>示波器 CH02

紀錄輸出訊號振福大小 = $V_m=160 mV_{pp}$

高壓放大器：HVA200

3、計算放大倍率

振幅放大器對波形產生器放大倍率： $\dfrac{V_{HV}}{V_F}=\dfrac{4 V_{pp}}{102 mV_{pp}}$

monitor 對波形產生器放大倍率： $\dfrac{V_m}{V_F}=\dfrac{160 mV_{pp}}{102 mV_{pp}}$

振幅放大器對 monitor 放大倍率： $\dfrac{V_{HV}}{V_m}=\dfrac{4 V_{pp}}{160 mV_{pp}}$

儀器有換新，請依你的數據去計算放大倍率

4、旋轉DC BIOS CONTROL旋鈕，紀錄CH1電壓平均值與CH2電壓平均值。

DC BIOS CONTROL提供的直流偏壓--->>CH1電壓平均值

計算振幅放大器對 monitor 放大倍率： $\dfrac{V_{HV}}{V_m}$

（這邊是計算電壓平均值的放大率，從monitor可以計算得到DC BIOS CONTROL提供的直流偏壓值）

建議示波器measure要有CH1電壓峰峰值、CH1電壓平均值、CH2電壓峰峰值、CH2電壓平均值

【三】相位調變

1、波型產生器--->>高壓放大器輸入端

高壓放大器 HV OUTPUT 輸出--->>E.O.晶體

高壓放大器 monitor 輸出--->>示波器 CH02

2、波形產生器設定輸出 $1kHz$ 、 $400mV_{p-p}$

從步驟【二】可以知道，經由放大器給EOM的電壓為 $400mV_{p-p}*2*20=16V_{p-p}$

3、旋轉 $P_1$ ，觀察 CH01 訊號變化

當示波器 CH01 顯示為 DC 訊號時，表示 $P_1 \perp EOM$ 或 $P_1 //EOM$ 。

在這邊 $P_1 \perp EOM$ 或 $P_1 //EOM$ 指的是通過 $P_1$ 的光的偏振方向與EOM電光晶體主軸方向垂直或平行。

4、說明：當 $P_1 \perp EOM$ 或 $P_1 //EOM$ 時，

此時通過 EOM 的光為線偏振光

此時若旋轉 $P_2$

可以看到示波器的 DC 訊號上下移動

(注意：示波器耦合要設定為直流才好觀察)

【四】振福調變

1、 $P_1$ 與 EOM 夾 45 度角（要留意 $P_1$ 與雷射的夾角）

關閉波形產生器

比較當 $P_1 \perp P_2$ 、 $P_1 // P_2$ 時，示波器訊號

此時沒有做調變，輸出相位差 $=\Gamma$

進入 EOM 的是線偏振光，離開 EOM 的是線偏振光、橢圓偏振光或圓偏振光。

當 $\Gamma=0$ 或當 $\Gamma=\pi$ 時，離開 EOM 的光為線偏振光。

當 $\Gamma=\pi/2$ 時，離開 EOM 的是圓偏振光。

當 $\Gamma=$ 其他角度時，離開 EOM 的光為橢圓偏振。

2、波形產生器開啟並設定輸出 $1kHz$ 、 $400mV_{p-p}$ (提供調變訊號)

$P_1$ 與 EOM 夾 45 度角

$P_1 \perp P_2$

（此時為AC訊號）

3、旋轉 $P_2$ ，觀察示波器訊號

比較當 $P_1 \perp P_2$ 、 $P_1 // P_2$ 時，示波器訊號變化情況...存圖！

4、旋轉 $P_2$ ，使CH1訊號振幅最大。

5、波形產生器輸出波型換成方波、三角波...觀察示波器訊號...存圖！

【五】 $V_{\pi/2}$

1、找出 $V_{\pi/2}$

$P_1$ 與 EOM 夾 45 度角，關閉波形產生器

比較當 $P_1 \perp P_2$ 、 $P_1 // P_2$ 時，示波器訊號

旋轉 DC BIOS CONTROL，提供直流偏壓給 EOM。

找出 $\Gamma=\pi$ 時的 $V_{\pi}$

和 $\Gamma=0$ 時的 $V_0$

旋轉 DC BIOS CONTROL，當 CH01 訊號為兩者的一半時（即 $V_{\pi}$ 和 $V_0$ 的一半 $\dfrac{V_{\pi}+V_0}{2}$ ），此時 DC BIOS CONTROL 所提供的直流偏壓為 $V_{\pi/2}$

當 $\Gamma=\pi/2$ 時，離開 EOM 的是圓偏振光。

2、在 $V_{\pi/2}$ 位置做調變

DC BIOS CONTROL 的輸出維持在 $V_{\pi/2}$

波形產生器輸出設定為 $1kHz$ 、 $400mV_{p-p}$ 使 CH02 為正弦波，這邊是要觀察振幅放大器輸出的訊號。

在 $\Gamma=\pi/2$ 時，在同樣的交流電壓調變之下，會有最大的輸出振幅（此時是觀察 CH01）

$\Gamma=\pi/2$ ，加入訊號調變，離開EOM的光，會在橢圓偏振-圓偏振-橢圓偏振之間來回變化。經過檢偏板後的光強度會隨外加訊號(正弦波)而有週期性變化(正弦波)。

紀錄此時CH1振福...存圖~

3、 $\lambda/4$ 波片的作用

$P_1$ 與 EOM 夾 45 度角

$P_1 \perp P_2$

波形產生器輸出設定為 $1kHz$ 、 $400mV_{p-p}$

DC BIOS CONTROL 的輸出調回 $V_0$

放入 $\lambda/4$ 波片

$\lambda/4$ 波片轉一圈，觀察CH01訊號變化。

離開EOM的【光的偏振】與【1/4波片的主軸】的夾角不同會造成進入P2的光的偏振可能為【線偏振】、【橢圓偏振】、【圓偏振】

當偏振狀態是圓偏振時，1/4波片的作用與外加 $V_{\pi/2}$ 的作用一樣...造成 $\Gamma=90^0$

【六】響應頻率

1、 $P_1$ 與 EOM 夾 45 度角

$P_1 \perp P_2$

2、調整 $\lambda/4$ 波片，使CH01訊號達到最大，失真最小。

3、改變波型產生器的輸出振幅（與助教確認最高輸出振幅為多少），紀錄示波器輸出為【 $I_0 V_{p-p}$ 】

4、改變波型產生器的輸出波型（方波、三角波、正弦波），觀察示波器CH01訊號。

5、改變波形產生器的輸出頻率（提高頻率）

觀察示波器 CH01 訊號

當 CH01 訊號衰減為 $\frac{1}{\sqrt{2}}I_0 V_{p-p}$ （約【 $0.7 I_0 V_{p-p}$ 】，即原訊號的70%）時，此時的波型產生器的輸出頻率為光偵測器的高頻截止頻率。