實驗名稱：PMN-PT透明陶瓷在電光調制領域的應用探索

測試目的：

PMN-PT透明陶瓷具有優良的電光性能，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制系統。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，硅光電池及后續二級放大電路。信號發生器用來產生初始信號，示波器可以直觀觀察到發送和接收到的信號，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)電光開關的原理示意圖(b)光強隨電場的變化

圖1(a)是電光開關的原理示意圖。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發生偏轉，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，光的偏振態旋轉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，實現電信號到光信號的調制，解調端利用光電轉換模塊將光信號解調為電信號，通過串口將信號發送到電腦復原并顯示出來，目前已經實現數字信號和模擬信號的傳輸。

圖2：電光調制系統原理示意圖

在試驗過程中的信號解調部分，為降低調制電壓，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型網絡比例運算放大電路和一個同相比例放大電路相結合的二級放大電路，可以實現小信號下實現100倍的增益，同時在后端加入一加減運算電路，可以實現信號的偏置調節，這樣就可以任意調整閾值，可以最大程度的減小環境光強對其的影響。通過此放大電路，我們實現了低電壓條件下電光信息調制，我們將調制電壓控制在0.5kV/cm以內，后續可以進一步提高靈敏度，控制環境光強，電場還可以更低，在本文中，因實驗環境等原因，僅使用0.5kV/cm電場對音頻信號進行調制。

圖3：信號接收端放大電路電路圖

實驗結果：

模擬信號傳輸的實際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，通過電光效應實現電信號到光信號的調制后，采集原始信號和光強信號，如圖4(b)所示，可以看出，原始音頻信號和經調制后的激光信號的波形基本保持一致，說明經本PMN-PT透明電光陶瓷調制后的音頻信息具有很好的保真度。

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

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審核編輯 黃宇