维普资讯 http://www.cqvip.com 山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０Ｏ７年第３期５月２０日出版 ●应用技术 人为双折射坝象羽验ｉ正 孙丽英 安颖２ 葛 超 ） （河北理工大学信息学院） 摘要：文章介绍了电光调制实验中人为双折射现象产生的机理，并给出了观察该现象的实验 方法，从而对人为双折射现象进行了验证。 关键词：电光调制；人为双折射；单轴晶体；双轴晶体；锥光干涉图 中图分类号：ＴＰ１８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—６４２９（０２０７）０３—０１４３—０２ 电光调制实验是根据电光效应现象为大学生设计的光电 按原方向振动的线偏振光，即呈现单轴晶体的锥光干涉图。 技术实验之一，该实验内容丰富、现象直观，能很好地调动学生 的学习兴趣。以前的实验主要用于测量晶体的半波电压、电光 常数及实现模拟光通信，在原实验基础上，我们讨论了加入三 维可调电光晶体附件和二维可调扩束镜，通过观察会聚偏振光 的干涉图像来验证ＬＮ晶体在自然状态下的单轴晶体特性和 施加电压后晶体变为双轴晶体的情况即人为双折射现象，使学 生更加直观深入地观察电光效应现象和了解电光调制的意义。 图１ ＬＮ晶体电光效应示意图 １人为双折射现象 当在 方向加电场 后，由于分子的极化方向受电场影 电光调制的物理基础是电光效应，即某些单轴晶体在外加 响发生了变化，生成一个新的附加光轴 和 ，从而使晶体产 电场的作用下，产生人为双折射，称为电致双折射。其作用机 生一个附加的各向异性。理论和实验都表明：这时晶体对沿 理是介质在电场的作用下，极化特性发生了变化从而使折射率 和 方向振动的光波分量呈现不同的折射率，记作 ｎ 。 发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响。 其中 和 与 、ｌ，共面，且分别与 、ｌ，轴成４５￣角。 电光效应按折射率与加外电场变化的关系，分为一级电光 ： 一效应和二级电光效应。一级电光效应或线性电光效应是指介 手ｙ丝 质折射率的变化正比于电场强度，它一般发生在各向异性的介 ／＇／ｙ．－－ 一质中，如ＵＮｔｏ３（铌酸锂，简称ＬＮ）晶体，它们本来是单轴晶体， 粤ｙ丝 电场的极化使它们原极化情况发生变化，由单轴晶体变为双轴 其中 是单轴晶体一个有色散的物质常数，称作“线性电 晶体。二级电光效应是指介质折射率的变化与电场强度的平 光系数”，ｎｏ是未加电场时的寻常折射率。 方成正比，其一般发生在各向同性的介质中，如硝基苯等，在被 上述结果表明，ＬＮ晶体在 轴方向上加电场时，原来的 电场极化后变为各向异性，产生双折射现象。 单轴晶体变成了双轴晶体，在 方向的折射率比原来减少了 在极化的方式上，一般又有横向施加电场（垂直于光轴）和 ｛碥），丝 ，在ｌ，方向的折射率Ｌｔ原来增加了｛ｎ３），丝 ，因此 纵向施加电场（平行于光轴）－－种方式。由于横向电场的一级 电光效应具有半波电压低、线性度较好的特点，因此得到了广 传播速度不再相同。这时沿通光方向传播的光将不在与光轴 泛应用。按此方式制成的电光调制器被广泛地应用于光通讯 平行，将会产生双折射现象，使经过的光的偏振态发生变化，此 领域，成为当今信息社会不可或缺的一项技术。在本实验中， 时ＬＮ晶体呈现双轴晶体的锥光干涉图。这说明单轴晶体在 我们采用对ＬＮ晶体横向施加电场的方式。 电场作用下变成双轴晶体。 ２人为双折射现象产生的机理 ３实验方法 ＬＮ晶体电光效应示意图如图１所示。 实验系统如图２所示，由激光器、起偏器、扩束镜、ＬＮ晶 ＬＮ晶体Ｑ，自然状态下是一种比较典型的单轴晶体，有三 体、检偏器、白屏和晶体驱动电源组成。 个互相正交的主轴 、ｌ，、ｚ，其中长轴ｚ是光轴。一束沿通光 方向传播的线偏振光，将不会发生双折射现象，不会被分解成 。光和ｅ光。当光穿过晶体后，其偏振态不会发生变化，还是 Ｉ－－一激光器 Ａ，Ｈ岛振片Ｍ＿——扩束镜ｓ一白屏 作者简介：１）孙丽英，女，１９７０年出生，２００５年毕业于河北 理工大学研究生院，实验师，硕士，０６３００９，河北省唐山市新华 图２实验装置图 西道４６号 ａ）首先由半导体激光器、起偏器、检偏器和白屏依次摆放， 收稿日期：２０Ｏ７—０１—１２ 组成系统。 ・１４３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２Ｏ０７年第３期５月２０日出版 ｂ）连接好半导体激光器电源，调起偏器光轴为竖直方向， 再调检偏器达到消光状态。 ｃ）再由激光器、起偏器、扩束镜、ＬＮ晶体、检偏器和白屏组 将会观察到图案由一个中心分裂为两个中心，这是典型的会聚 偏振光经过双轴晶体时的干涉图案。 ４结论 成系统。调整激光器的方向和各附件的高低，使各光学元件尽 量同轴且与光束垂直，旋转起偏器，同时向同方向旋转检偏器， 使透过起偏器的光尽量强一些。 ｄ）仔细调整晶体的三维方向，观察白屏上的图案变化（必 要时转动检偏器），应在白屏上观察到单轴晶体的会聚偏振光 干涉条纹，一个暗或亮十字图形贯穿整个图样，四周为明暗相 间的同心干涉圆环，十字中心也是圆环的中心，它对应着晶体 本实验加电场前后，干涉条纹的变化反映了晶体内部折射 率分布的变化，即ＬＮ晶体由单轴变为双轴，从而验证了人为 双折射现象。通过该实验，使学生观察到了人为双折射产生的 过程，有利于他们更加深入地理解和做好电光调制实验。 参考文献 ［１］江月松，阎 平，刘振玉．光电技术与实验［Ｍ］．北京：北 京理工大学出版社，２０００． 的光轴方向，十字方向对应于两个偏震片的偏震轴方向。 ［２］谢敬辉，赵达尊，阎基祥．物理光学教程［Ｍ］．北京：北京 ｅ）打开晶体驱动电源，将状态开关打在直流状态，顺时针 理工大学出版社，２００５． （校对：刘元力） 旋转电压调整旋扭，调高驱动电压，观察白屏上图案的变化。 ｖｅ尚ｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｄｏｕｂｌｅ Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｕｎ Ｌｉｙｉｎｇ，Ａｎ Ｖｉｎｇ，Ｇｅ Ｃｈａｏ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ ｄｏｕｂｌｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ａｒｔｉｉｆｃｉｌａ ｄｏｕｂｌｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ；ｕｎｉａｘｉｌａ ｃｒｙｓｔａｌ；ｂｉａｘｉｌａ ｃｒｙｓｔａｌ；ｃｏｎｏｓｏｐｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｇｒａｐｈ ＜＜＜＜＜＜＜＜＜●【＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜●【＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜《＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜●【＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜ （上接第１４２页）池底挑出部分的填土重亦应考虑）。 ０．２５ｒａｍ；污水处理构筑物０．０２ｍｍ。 ２．２内力分析 、 如果裂缝验算不通过，我们可以通过对池壁、底板的厚度 根据《给排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》表６．１． 假定修改，或者增加构件截面的钢筋面积，目的是使裂缝验算 ２规定，该储泥池池壁及底板均为双向受力结构，内力计算可 符合要求。 利用双向板计算图表进行计算。 ２．５其他构造要求 ２．３强度计算 我们还应该注意水池设计的构造要求，例如《给排水工程 １）池壁：池壁的计算应统一进行，对于竖向钢筋的计算，应 构筑物结构设计规范》ＧＢ５００６９—２ＯＯ２中第６小节中和《给排水 明确竖向受力型式为偏心受压构件，即同时受到弯矩及结构自 工程钢筋混凝土水池结构设计规程》中第７小节的规定：钢筋 重的影响，为安全起见，以受弯构件计算；对于水平向钢筋的计 的混凝土保护层最小厚度要求、腋角的设置及配筋伸缩缝的设 算，应明确，由于池壁问的固结作用而产生的边缘反力也对池 置与构造、加强钢筋的设置等。 壁产生影响，因此，水平向受力型式为偏心受拉构件，即同时受 ３小结 到弯矩及边缘反力的影响。 矩形水池是污水处理工程中常见的水处理设施，它的计算 ２）底板：底板为完全的受弯构件，在这里，我们应注意在计 也是水工结构中最基础的计算，因此对它的掌握至关重要。我 算地基反力的过程中，不应把池液体的自重加入计算。因为， 们一定要计算准确无误，确保水池的正常使用。但是在设计过 池液体的自重对于底板而言为有利条件，它的存在可以削弱地 程中，有些设计人员为设计安全的目的，常常人为加大池壁、底 基反力对底板的影响。 板的厚度，或加大构件截面钢筋面积，造成不必要的浪费。所 ２．４裂缝验算 以，我们在设计工作中要一方面确保设计的水工构筑物的安全 根据《给排水工程构筑物结构设计规范》ＧＢ５００６９—２ＯＯ２中 性，另一方面要节约材料，做到实用、经济的双赢。 ５．３．４条规定，钢筋混凝土水池结构构件的最大裂缝宽度不应 （校对：刘元力） 大于下列规定的限值Ｗｍａｘ：清水池、给水水质净化处理构筑 Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂａｓｉｎｓ ＡＢＳ，Ｉ ＣＴ：Ｂａｓｉｎｓ ａｒｅ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆａｃｉｌｉｉｔｓｅ ｂｕｉｌｔ ｗｉｈｔ ａｒｔｉｉｆｃｉｌａ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｎａｄ ｎａｔｉ—ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｔｈａｔ ａｒｅ ｏｆｔｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｓｗａｇｅ ｔｒｅａｌｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂａｓｉｎｓ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅ ｄｅｓｉｎｇ ｏｆｔｈｅｍｕｄ—ｓｔｏｒａｇｅ ｂａｓｉｎｉｎ ａ ｓｅｗａｇｅｔｒｅａｌｍｅｎｔ ｐｌａｎｔ． ＥＫＹ ＷＯＲＤＳ：ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂａｓｉｎ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ；ｓｕｎｍ＇ｌ／ｔｌ＇ｙ ・１４４・