高压放大器在正交相钽铌酸钾晶体的线性电光效应中的应用

实验名称：正交相钽铌酸钾晶体的线性电光效应

测试设备：高压放大器、He-Ne激光器、光电探测器、锁相放大器、计算机等。

实验过程：

图1：Mach-Zehnder双光束干涉测量系统

双光束干涉法的基本原理如图1所示，光源选用He-Ne激光器，激光光束经过分束棱镜BS1可以分为信号光和参考光，利用透镜将信号光聚焦通过样品，由于样品的存在，信号光通过样品时会引入额外光程，进而两束光的光程产生差异，在BS2处发生干涉，利用透镜将干涉条纹进行放大到光电探测器，光电探测器可以将接受的光信号转化为电信号并再传递到锁相放大器。信号被锁相放大器调制输出后通过高压放大器放大后施加在晶体上，利用高压放大器可以有效地控制外加电场的大小。整个双光束干涉系统的数据采集由计算机来完成。

为了提高实验的精确度，在实验进行的过程中我们把信号光和参考光两束光中加入衰减片，以此使调制后的两束光光强大致相等，这样可以提高干涉条纹的调制度；不可避免的材料中会存在光折变，当光束通过晶体时会产生一定程度的散射，使得出射光的光斑变散，因而通过衰减片可以调控光束使之成为弱光，再打在样品上；在光路搭建中还加进了偏振片，利用偏振片改变晶体中光的偏振态来测量电光系数矩阵的不同张量元。

实验中，选用出射光波长为632.8nm的He-Ne激光器，通过锁相放大器调节外加正弦型电场的频率，并将其利用高压放大器为KTN单晶施加一个的大电压，晶体两电极间的距离为d=2.17mm，透光方向上的长度为l=0.79mm。为了提高光束的质量，在信号光路晶体样品的前后加入焦距为15cm的凸透镜，使打在样品上的光斑直径缩小，这样可以减小透过光束的散射程度。

图2：正交相晶体实验条件示意图

实验结果：

正交相KTN晶体[011]方向极化之后，以[011]c为x1方向，以[100]c为x2方向，以[011]c为x3方向。如图2所示，在实验过程中，施加电场方向为[011]c方向，入射光的通光方向为[011]c方向。当入射光的偏振方向为水平偏振时，通过实验测出得γ13=1.04×10-11m/V，调整入射光为竖直偏振时，可以计算得出γ33=7.80×10-11m/V。

由于正交相KTN晶体的内部存在亚微米量级的铁电畴结构，小尺寸的畴结构可使得电极化率得到提升，进而可以增强正交相KTN铁电单晶的电光效应，所以正交相KTN晶体可以表现出优异的电光效应。

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审核编辑 黄宇