實驗名稱：PMN-PT透明陶瓷在電光調(diào)制領(lǐng)域的應用探索

測試目的：

PMN-PT透明陶瓷具有優(yōu)良的電光性能，但由于制備高透明陶瓷的難度，其在光通信領(lǐng)域的應用研究很少。為了探索其在光通信中的應用，我們基于Sm摻雜含量0.5%mol的PMN-PT透明電光陶瓷設計了一款電光調(diào)制系統(tǒng)。圖1(a)是該信號傳輸裝置的示意圖。從左到右依次是632nm的He-Ne激光器，起偏器，透明電光陶瓷，檢偏器，硅光電池及后續(xù)二級放大電路。信號發(fā)生器用來產(chǎn)生初始信號，示波器可以直觀觀察到發(fā)送和接收到的信號，電腦端使用了自己編的LabVIEW程序可以將信號顯示到屏幕上。

測試設備：高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器、He-Ne激光器、起偏器、電光陶瓷、電腦等。

實驗過程：

圖1：(a)電光開關(guān)的原理示意圖(b)光強隨電場的變化

圖1(a)是電光開關(guān)的原理示意圖。如圖所示，將電光材料放置于兩相互垂直的偏振片之間時，在未加電場時，由于起偏器檢偏器相互垂直，理論上激光不能透過檢偏器，但是當在電光材料上施加一電場時，由于電光效應使得通過電光材料的偏振光的偏振態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而可以有一部分光透過檢偏器，透過光的強弱可以通過施加的電場大小來調(diào)控。當施加的電壓為半波電壓時，o光和e光相位差達到180度，光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度，此時透射出透明陶瓷的光的偏振方向與檢偏器平行，光強達到峰值，如圖1(b)所示。

如圖2所示，我們可以通過高壓放大器將信號電壓施加到材料的兩端，利用材料本身的電光效應，實現(xiàn)電信號到光信號的調(diào)制，解調(diào)端利用光電轉(zhuǎn)換模塊將光信號解調(diào)為電信號，通過串口將信號發(fā)送到電腦復原并顯示出來，目前已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字信號和模擬信號的傳輸。

圖2：電光調(diào)制系統(tǒng)原理示意圖

在試驗過程中的信號解調(diào)部分，為降低調(diào)制電壓，提高接收端的靈敏度，我們使用了一個二級放大電路，如圖3所示，使用了一個T型網(wǎng)絡比例運算放大電路和一個同相比例放大電路相結(jié)合的二級放大電路，可以實現(xiàn)小信號下實現(xiàn)100倍的增益，同時在后端加入一加減運算電路，可以實現(xiàn)信號的偏置調(diào)節(jié)，這樣就可以任意調(diào)整閾值，可以最大程度的減小環(huán)境光強對其的影響。通過此放大電路，我們實現(xiàn)了低電壓條件下電光信息調(diào)制，我們將調(diào)制電壓控制在0.5kV/cm以內(nèi)，后續(xù)可以進一步提高靈敏度，控制環(huán)境光強，電場還可以更低，在本文中，因?qū)嶒灜h(huán)境等原因，僅使用0.5kV/cm電場對音頻信號進行調(diào)制。

圖3：信號接收端放大電路電路圖

實驗結(jié)果：

模擬信號傳輸?shù)膶嶋H光路圖和信號對比圖，我們使用手機藍牙作為信號的輸入端，將模擬信號加載到陶瓷片兩端，通過電光效應實現(xiàn)電信號到光信號的調(diào)制后，采集原始信號和光強信號，如圖4(b)所示，可以看出，原始音頻信號和經(jīng)調(diào)制后的激光信號的波形基本保持一致，說明經(jīng)本PMN-PT透明電光陶瓷調(diào)制后的音頻信息具有很好的保真度。

圖4：(a)電光調(diào)制音頻信息傳輸實際光路和電路示意圖(b)音頻信號原始數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)對比

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圖：ATA-7030高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇