晶体电光效应

1.晶体的电光效应

2.KDP 晶体线性电光效应

3.KDP 晶体的应用

1 晶体的电光效应

因为晶体折射率的各向异性与组成晶体的原子或分子的排列方式及相互作用的特点有关，因此，外界作用可以改变他们的排列方式（例如压力下的形变）或相互作用的状况（例如电场使原子极化），导致晶体光学性质产生相应的变化。

人工双折射就是指光学介质受到人为施加的外力或外场作用而产生的偏振和双折射现象。

人工双折射可以根据人们的意愿加以控制。例如将一块受到电场作用的晶体放在两块偏振器之间，人们就可以通过改变电场的大小或方向而有效的控制出射光束的强度、方向和偏振态等，达到电光调制、偏转、调Q 等目的。

1.1 电光效应基本原理

在各向异性晶体中，介电常数是随作用在介质上的电场强度而变化的，尤其在强场作用下这种变化就更加明显，光波在其中的传播规律也要改变。

对于无对称中心的晶体，外加电场沿一个主轴方向作用于晶体上，感生电位移矢量D 和外加电场E 的方向一致，大小关系可表示为：

?+++=320E E E D βαε

以D(E)曲线的切线斜率定义介电常数，上式可写为：

?+++==

2032d d E E E D

βαεε

显然，折射率随外加电场而变化（如下图）。我们把介质由于外加电场作用而引起的折射率变化的现象称为电光效应。

为了定量的描述电场引起的折射率变化，上式写为:

2

/122020022

0232132n ???

?

??++=?

+++=E n E n n n E E n βαβα

利用公式，上式可简化为：

?++

+

=2

023n n n E n E βα

令：,2/3,/00n b n a βα== 则有电场引起折射率变化为：

?++=20n -n bE aE

此外，不仅电场能够引起介质折射率变化，而且外力也能引起介质的折射率变化。沿晶体主轴方向作用单向压力，参照上述分析方法，折射率因应力而产生的变化，可表示为：

?++=2''0n -n σσb a

其中σ表示应力。由于应力产生的折射率变化成为弹光效应。

当介质上作用一外电场时，除了由于介电常数的变化引起折射率的变化外，电场还通过反压电效应作用，使介质产生应变，这种应变通过弹光效应引起折射率变化。为了区别这两种折射率变化，

我们把由外加电场通过介电常数引起的折

())0x (11→+≈+当mx x m

射率变化称为初级电光效应，而把由外加电场通过反压电效应引起的折射率变化称为次级电光效应。

因此，外加电场对介质所产生的折射率变化为两种效应之和：

?

++++=2'2'0n -n σσb bE a aE

任意方向外加电场对于晶体折射率的影响，可以用折射率椭球的改变来描述。 折射率椭球的一般形式为：

1n 1

2n 12n 12n 1n 1n 132223

3121321212232332222221211=+++++x x x x x x x x x

引入逆介电张量ij B ，并定义：

ij

ij

ij n B 11

=

=

ε 折射率椭球可表示为：

1

2

33323321331322322221221311321122111=++++++++x B x x B x x B x x B x B x x B x x B x x B x B

即：1=j i ij x x B （i , j = 1, 2, 3）

在主轴坐标系中，无外加电场晶体的折射率椭球为：

12

30322022101=++x B x B x B

电场作用后，折射率椭球记为：

()

10

=?+j i ij ij

x x B B

其中

EE E B h ++=?πσγ

式中第一项引起的折射率变化称为线性电光效应（普克尔效应），第二项引起的

折射率变化称为次级电光效应，第三项引起的折射率变化称为二次电光效应（克尔效应）。

1.2 晶体的线性电光系数

对于无对称中心的晶体，线性电光系数要比二次电光系数高数个量级，因此晶体受外场作用后通常只考虑一次项：

πσγ+=?E B

不考虑次级电光效应，则：k ijk ij E B γ=? （i ，j ，k=1, 2, 3）

从上式看出，在给定E 的前提下，如果已知晶体的电光系数，即可求出晶体受到外电场作用后折射率的变化情况。

对于初级线性电光效应，下标简化后为：

k nk n E B γ=?（n=1,2,…，6；k=1,2,3,）

写成矩阵形式即：

????

?

????????

?????

?

?

???

?????????=??????????????????????????3216362

61

535251434241333231232221

131211

654321E E E B B B B B B γγγγγγ

γγγγγγγγγγγγ

2 KDP 晶体线性电光效应

KDP 晶体是人生长的磷酸二氢钾单晶体的简称 ，属四方晶系，为负单轴晶体。其折射率椭球如图：

查表可知，受外加电场E 作用后，KDP 线性电光效应矩阵为：

????

?

???????????????

????????

???

?

=???????????????????

???????321634141654321000000000000000E E E B B B B B B γγγ

即：

3636241514143210

E B E B E B B B B γγγ=?=?=?=?=?=?，，

由式可知，垂直于光轴方向的电场分量电光效应只与41γ有关，平行于光轴方向的电场分量电光效应只与63γ有关。！！！！

将上式带入()

10

=?+j i ij ij x x B B 后，得电场作用后KDP 晶体的折射率椭球方程为：

12222136313241321412

30322022101=+++++x x E x x E x x E x B x B x B γγγ

当外加电场平行于光轴时：E E E E ===321,0 椭球方程变为：

12)(213632

303222101=+++x x E x B x x B γ

即：

12213632232

2

2

21=+++x x E n x n x x e

o γ 方程中含有交叉项，新的折射率椭球绕3x 轴发生了转动。

设新的主轴为'

3'2'1x x x 、、相对旧坐标轴转动了α角，新旧坐标轴间的关系为：

?????=-=-='33

'

2'12'

2'11cos sin sin cos x x x x x x x x αααα 带入折射率椭球方程后得：

1)sin (cos 21cos sin 21cos sin 21'

2'1223632'322'236322'13632=-++???

? ??-+???? ??+x x E x n x E n x E n e o o ααγααγααγ令交叉项系数为零：

0)sin (cos 2'

2'122363=-x x E ααγ

0sin cos 22=-αα

求得α=±45°。

Z 型切割的晶片上施加平行于光轴的电场后，新的折射率椭球主轴绕旧坐标系的Z 轴旋转45°。转角大小与电场大小无关，但转动方向和电场方向有关。 新的椭球方程为：

11112

'322'23632

2'13632=+???

? ??-+???? ??+x n x E n x E n e o o γγ 为双轴晶体的椭球方程。KDP 受到外加电场作用后由单轴晶体变为双轴晶体。

光电管特性研究

光电管特性的研究 光电效应是指在光的作用下，从物体表面释放电子的现象，所逸出的电子称为光电子。这种现象是1887年赫兹研究电磁波时发现的。在光电效应中，光不仅在被吸收或发射时以能量h 的微粒出现，而且以微粒形式在空间传播，充分显示了光的粒子性。 1905年爱因斯坦引入光量子理论，给出了光电效应方程，成功地解释了光电效应的全部实验规律。1916年密立根用光电效应实验验证了爱因斯坦的光电效应方程，并测定了普朗克常量。爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别获得1921年和1923年诺贝尔物理学奖。而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，例如利用光电效应制成的光电管、光电倍增管等光电转换其间，把光学量转换成电学量来测量。光电元件已成为石油钻井、传真电报、自动控制等生产和科研中不可缺少的元件。 一、教学目的 1、了解光电效应实验的基本规律和光的量子性。 2、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与加在光电管两极间电压的关系。 3、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与照在光电管阴极上光通量的关系。 二、教学要求 1、实验三小时完成。 2、观察光电管结构和光电效应现象，理解光的量子性。 3、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与加在光电管两极间电压的关系。 4、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与照在光电管阴极上光通量的关系。 5、用所学过的知识解释本次实验所测得的曲线，并对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。 三、教学重点和难点 1、重点：通过光电管的伏安特性和光电特性，掌握光电效应迈的实验原理。

2、难点：最小二乘法处理数据。 四、讲授内容（约20分钟） 采用讲授、讨论、演示相结合的教学方法。 1、光电效应的实验原理。 2、与学生们共同探讨光电效应在现代生产生活中的应用。 (1)光电管 利用饱和电流与照射光强的线性关系，实现光信号和电信号之间的转换。如：光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等。 (2)光电倍增管 光电倍增管可使光电阴极发出的光电子增至48 10~10倍，在探测弱光方面得到广泛的应用。 （3）光电成像器件 光电导摄像管等，可以将辐射图像转换成或增强为可观察、记录、传输、存储和进行处理的图像，广泛地应用于天文学、空间科学、电视等领域。 3、光电管的伏安特性曲线的特点和光电特性的特点，留给学生思考如何用所学知识解释这些特点，并在实验报告中回答。 4、结合仪器演示实验的主要步骤。 （1）测光电管的伏安特性曲线 ⑴按教材图5.12－4接好线路，使光电管阳极为高电势，检查正负极插线无误后，打开光电效应仪的电源开关，并预热10分钟。 ⑵选取合适的小灯电流值。测量前先测出小灯泡与光电管阴极间的初始间 r，并记录。 距0 ⑶研究光电管正向伏安特性。由于光电管的伏安特性为非线性曲线，因此，在非线性区域，测试点应多一些。 ⑷测临界截止电压。将光电管接线的极性对调，即在光电管两极加上反向电压，使光电管阳极为负电势，慢慢增大反向电压，记下使光电流刚好为零的电压值，即为临界截止电压。 ⑸研究光电管在不同光强照射下的伏安特性，采用两种方法。

铌酸锂晶体的横向电光效应V0培训讲学

铌酸锂晶体的横向电光效应研究 1实验要求 1研究内容 1.1熟悉沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应。 1.2研究近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对铌酸锂晶体的电光效应进行理论推 导，分析降低晶体驱动电压的方法。 1.3研究非近轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，分析入射角对晶体电光效应的影 响，进行数值仿真。 2成果形式 2.1采用理论分析与数值仿真结合的方式，研究结果以图表的形式给出。 2.2完成课题研究报告。 2背景介绍 铌酸锂( LINBO3) 晶体作为一种优良的横向电光调制材料，具有驱动电压低、插入损耗小、光谱工作范围宽、消光比高和易于大规模生产等优点，在光通信、光信号传输、电光开关等领域得到了广泛的应用。 理想情况下光线沿着铌酸锂晶体的光轴方向传播，并且在理论分析时不考虑自然双折射的影响，但是，实际应用中光线与光轴完全校准是不可能实现的，这就会造成理论与实际之间存在误差。分析铌酸锂晶体在近轴及非近轴情况下的横向电光效应，对于利用角度调节以改善其电光性能具有指导意义。同时，近轴及非近轴条件下晶体的电光特性对既需要利用晶体双折射效应进行分束或者合束，又需要利用其电光效应产生附加相移的新型电光器件来说是至关重要的。 3基础知识 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，涉及到光的偏振、双折射及晶体的电光效应等较为基础的知识，为了更加深入地理解电光效应，更加透彻地分析不沿光轴条件下铌酸锂晶体的横向电光效应，对该问题所涉及一系列基础知识进行复习整理，如下所示。 1光的偏振 1.1电磁波是横波，具有偏振现象，这是许多的光学现象的重要基础，包括电光效应。 1.2对人眼、照相底片及光电探测器起作用的是电磁波中的电场强度E，因此常把电矢 量E称为光矢量，把E的振动称为光振动。在讨论光振动的性质时，只需要考虑 电矢量E即可。 1.3完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，可用如下模型描述（图中给出 了线偏振光的例子，线偏振光的例子里x、y方向的振动无相位差）：

光电效应

一．对光电效应实验规律，方程以及图像的考查 1.光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做. 2.光电效应规律 (1)每种金属都有一个. (2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大. (3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是的. (4)光电流的强度与入射光的成正比. (1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s. (2)光电效应方程：. 其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功. 4.遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c. (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率. (3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，叫做该金属的逸出功. 1.1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象.关于光电效应，下列说法正确的是（AD ） A.当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应 B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D.某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效 应 2.用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度则 A.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变 B.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小 C.逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小 D.光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了 3.关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(D) A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生 B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比

晶体电光效应

1.晶体的电光效应 2.KDP 晶体线性电光效应 3.KDP 晶体的应用 1 晶体的电光效应 因为晶体折射率的各向异性与组成晶体的原子或分子的排列方式及相互作用的特点有关，因此，外界作用可以改变他们的排列方式（例如压力下的形变）或相互作用的状况（例如电场使原子极化），导致晶体光学性质产生相应的变化。 人工双折射就是指光学介质受到人为施加的外力或外场作用而产生的偏振和双折射现象。 人工双折射可以根据人们的意愿加以控制。例如将一块受到电场作用的晶体放在两块偏振器之间，人们就可以通过改变电场的大小或方向而有效的控制出射光束的强度、方向和偏振态等，达到电光调制、偏转、调Q 等目的。 1.1 电光效应基本原理 在各向异性晶体中，介电常数是随作用在介质上的电场强度而变化的，尤其在强场作用下这种变化就更加明显，光波在其中的传播规律也要改变。 对于无对称中心的晶体，外加电场沿一个主轴方向作用于晶体上，感生电位移矢量D 和外加电场E 的方向一致，大小关系可表示为： ?+++=320E E E D βαε 以D(E)曲线的切线斜率定义介电常数，上式可写为： ?+++== 2032d d E E E D βαεε 显然，折射率随外加电场而变化（如下图）。我们把介质由于外加电场作用而引起的折射率变化的现象称为电光效应。

为了定量的描述电场引起的折射率变化，上式写为: 2 /122020022 0232132n ??? ? ??++=? +++=E n E n n n E E n βαβα 利用公式，上式可简化为： ?++ + =2 023n n n E n E βα 令：,2/3,/00n b n a βα== 则有电场引起折射率变化为： ?++=20n -n bE aE 此外，不仅电场能够引起介质折射率变化，而且外力也能引起介质的折射率变化。沿晶体主轴方向作用单向压力，参照上述分析方法，折射率因应力而产生的变化，可表示为： ?++=2''0n -n σσb a 其中σ表示应力。由于应力产生的折射率变化成为弹光效应。 当介质上作用一外电场时，除了由于介电常数的变化引起折射率的变化外，电场还通过反压电效应作用，使介质产生应变，这种应变通过弹光效应引起折射率变化。为了区别这两种折射率变化， 我们把由外加电场通过介电常数引起的折 ())0x (11→+≈+当mx x m

光电效应物理实验报告

光电效应 实验目的： (1)了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解 (2)测量普朗克常量h。 实验仪器： ZKY-GD-4 光电效应实验仪 1 微电流放大器 2 光电管工作电源 3 光电管 4 滤色片 5 汞灯 实验原理： 原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K 上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光 电流。改变外加电压V AK，测量出光电流I的大小，即可 得出光电管得伏安特性曲线。 1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。 从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。 2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。 3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图： 4) 对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。 5）光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。 实验内容及测量： 1 将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以 由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098×, 当y=0，即时，，即该金属的截止频率为。也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。 根据线性回归理论： 可得：k=0.40975，与EXCEL给出的直线斜率相同。 我们知道普朗克常量, 所以，相对误差：

3晶体的电光效应与电光调制_实验报告

晶体的电光效应与光电调制 实验目的： 1) 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压； 2) 学习电光调制的原理和试验方法，掌握调试技能； 3) 了解利用电光调制模拟音频通信的一种实验方法。 实验仪器： 1) 晶体电光调制电源 2) 调制器 3) 接收放大器 实验原理简述： 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应 1、 电光调制原理 1) 横向光电调制 如图 入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x 轴的线偏振光，他在晶体感应轴x ’,y’上的投影的振幅和相位均相等，分别设为 wt A e x cos 0'=wt A e y cos 0'= 用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为A E x =)0('A E y =)0(' 所以入射光的强度为22 '2 '2)0()0(A E E E E I y x i =+=?∝ 当光通过长为l 的电光晶体后，x’,y’两分量之间产生相位差A l E x =)('δi y Ae l E -=)(' 通过检偏器出射的光，是这两个分量在y 轴上的投影之和

() 12 45cos )()('0-= ?=-δ δi i y y e A e l E E 其对应的输出光强I t 可写为()()[] 2 sin 2*2200δ A E E I y y t =?∝ 由以上可知光强透过率为2 sin 2δ==i t I I T 相位差的表达式()d l V r n l n n y x 223 0'' 22λ π λ π δ= -= 当相位差为π时?? ? ??= l d r n V n 223 02λ 由以上各式可将透过率改写为()wt V V V V V T m sin 2sin 2sin 02 2 +==π π π π可以看出改变V0或 Vm ，输出特性将相应变化。 1) 改变直流电压对输出特性的影响 把V0=Vπ/2带入上式可得 ()?? ???? ???? ??+=+==wt V V wt V V V V V T m m sin sin 121sin 2sin 2sin 02 2 πππππ π 做近似计算得?? ???????? ??+≈ wt V V T m sin 121ππ 即T ∝Vmsinwt 时，调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同，即线性调制 如果Vm ＞Vπ，不满足小信号调制的要求，所以不能近似计算，此时展开为贝塞尔函数，即输出的光束中除了包含交流信号的基波外，还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大，奇次波不能忽略，这时，虽然工作点在线性区域，但输出波形依然会失真。

实验报告_光电效应实验

南昌大学物理实验报告 学生姓名： 学号： 专业班级：材料124班 实验时间：10时00分 第十一周 星期四 座位号：28 一、 实验名称： 光电效应 二、 实验目的: 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律； 2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法； 3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。 三、实验仪器： 光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪 四、实验原理： 1、 光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为γ的光波，每个光子的能量为E h ν=，其中 h =6.626s J ??-3410为普朗克常数。 按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程： 21 2 h m W νυ=+ （1） 式中，ν为入射光的频率，m 为电子的质量，υ为光电子逸出金属表面的初速度，W 为被光线照射的金属材料的逸出功，1/2mv 2 为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位0U 被称为光电效应的截止电压。 显然，有 eu 0-1/2mv 2 =0 （2） 代入上式即有 0h eU W ν=+ （3） 由上式可知，若光电子能量h+ν

3-6 晶体的电光效应及其应用

3-6 晶体的电光效应及其应用 实验目的和要求： 了解熟悉晶体的电光效应；理解晶体光学和物理光学中的相关知识；学会激光实验中光路的调节和光学现象的观察；学会调节晶体的光轴；学会电光晶体半波电压的多种测量方法。 教学内容： 1．KD*P晶体一次电光效应的观察和测量；测出KD*P晶体的半波电压和电光系数。2．将电光晶体作为相位补偿器，测出云母片双折射样品的微小相位差和折射率差。 实验过程中可能涉及的问题(有的问题可用于检查学生的预习情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，有的可作为进一步探索的问题。不同的学生可有不同的要求。) 什么是电光效应？晶体的光学性质如何受晶体对称性的影响？电光晶体各主轴的定义，性质和调节意义是什么？一次电光效应为什么只存在于没有对称中心的晶体中？电光调制器的构成和作用是什么? 用补偿法测样品相位差的原理是什么，如何实现? 在KD*P晶体的纵向电光效应中，外加电场如何改变晶体的折射率？半波电压如何定义？实验中采用三种方法测量晶体的半波电压，各有什么特点？半波电压测量中零点漂移产生的原因是什么？此实验中晶体的半波电压受温度影响，测量中应记录温度的变化，有什么方法可以减小温度的影响，制造出稳定的电光调制器？你可以想到利用电光效应于哪些方面？ 实验装置：He-Ne 激光器的工作和输出光特性，电光调制器的构成，高压电源和电压调节器的使用，电光调值器输出光强的几种探测方式。强调使用高压和激光要注意安全！ 实验的主要内容和问题 1．调节KD*P晶体的光轴z轴与激光的传播方向一致。（为什么要作此调节？如何判断？ 此光学现象的物理内容是什么？） 2．判断并调节电光调制器中两个偏振片的通光方向分别与电光晶体的主轴x, y 平行，同时估测晶体的半波电压。（晶体上加半波电压，起偏片和检偏片互相成什么角度时，电光调制器的输出光强最弱？） 3．测量电光调制器的输出光强随晶体外加直流电压的变化曲线。（判断光强极小值是否存在于电压为零的位置，为什么？如何由光强的极值位置得到晶体的半波电压？）4．加晶体上交流电压信号Vsinωt，观察受调制的激光输出光强随直流电压的变化。（什么情况下输出光强不改变电压信号的基本特性？什么情况下输出光强的频率为2ω，出现“倍频失真”？如何测量零点漂移电压和晶体的半波电压？） 5．根据倍频原理和相位补偿法原理，设计实验方案，测量双折射样品云母片的相位差和折射率差。（什么情况下置于电光调制腔中的云母片对纵向传播光产生的相位差才可以和电光晶体上产生的相位差线性相加？如何判断并调节云母片的晶轴方向与电光晶体的感应轴一致？） 实验报告要求： 用清晰简明的科学语言写报告。根据自己的理解和提炼阐述实验的相关背景，记录实验操作过程中观察到的物理现象和实验数据，对电光调制器的输出光强随纵向直流电压的变化曲线要进行数据拟合，说明测量样品的相位差和折射率差的实验方案。

晶体的电光效应

晶体的电光效应 学号： 姓名： 日期：五、数据处理 1.研究LN单轴晶体的干涉： （1）单轴锥光干涉图样： 调节好实验设备，当LN晶体不加横向 电压时，可以观察到如图现象，这是典型的 汇聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图 样。 （2）晶体双轴干涉图样： 打开晶体驱动电压，将状态开关打在直 流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱 动电压，将会观察到图案由一个中心分裂为 两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体 后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电 场的作用下变成了双轴晶体 2.动态法观察调制器性能： （1）实验现象： 当V1=143V时，出现第一次倍频失真：

当V 2=486V 时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）： 当V 3=832V 时，出现第二次倍频失真： （2）调制法测定LN 晶体的半波电压： 晶体基本物理量 第一次倍频失真对应的电压V 1=143V ，第二次倍频失真对应的电压V 3=832V 。故31832143689V V V V V V π=-=-=。 由3 022 ( )2d V n l πλ γ=得：12 223 0( ) 6.4110 2d n V l π λ γ-= =?

3.电光调制器T-V工作曲线的测量： （1 依据数据作出电光调制器P-V工作曲线：

（2）极值法测定LN 晶体的半波电压： 从图中可以看到，V 在100~150V 时取最小值，在800~850V 时取最大 比较数据可以得出，极小值大致出现在1110V V ≈，极大值大致出现 在3805V V ≈，由此可得31805110695V V V V V V π=-=-= 由3 022 ( )2d V n l πλ γ= 得：12 223 0( ) 6.3510 2d n V l π λ γ-= =? 4.测量值与理论值比较： 算出理论值3 022 ( )649.22d V V n l πλ γ= =。与理论值相比，调制法测量 结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较好。其中，动态法比极值法更精确。

光电效应的发现和研究

赫兹发现新奇效应 ——光电效应的发现和研究 光是微粒还是波，这是一个从牛顿时代就有争议的问题。光的直进性、反射和折射可以用微粒说解释；光的干涉、衍射等现象以及光速与媒质的关系却令人信服地表明光的波动性。到了20世纪初，对光的研究深入到光的发生、光与物质相互作用等领域，光电效应的发现和研究，使人们对光的本性又有了新的认识：光既是波，又是微粒，也就是说，光具有波粒二象性。 光电效应是指在光的作用下从物体表面释放电子的现象，确切地 说，这个现象应该叫做光电发射效应。1887年，赫兹在进行电磁波实验时，注意到电极之间的放电，会受光辐射的影响。这种影响他事前毫无考虑。当时，他用的是两套放电电极，一套产生电振荡，发出电磁波，

如图40-l中的A；另一套当做接收电极，如图1中的B，接收电极的放电间隙可随意调节，它的最大放电间隙即可表示信号的强度。为了便于观察放电火花，赫兹用暗箱把接收电极的回路蒙起来。有一次赫兹发觉接收回路蒙住后，最大火花长度明显变小了。他没有放过这一偶然现象，潜心地研究起来，想找到出现这一现象的原因。于是他陆续挪开暗箱的各个部分，直到证明这个效应是由于箱体有一部分挡住了原回路和次回路之间的通道。然后，他用各种材料挡在通道上试验，发现导体和非导体作用相同，证明不是由于静电或电图1 赫兹的光电效应实验 磁的屏蔽作用。 接着，他用各种透明和不透明的材料进行试验，发现能透光的玻璃仍然起隔离作用，看来光的因素应该排除；岩盐、冰糖、明矾放在通道中，有程度不同的隔离作用，基本上是透明的，最好的是水晶和透明石膏，几乎完全不影响放电。几厘米厚的水晶都不起隔离作用。可见，是紫外光在起作用。他再用紫外光照射负电极。效果最为显著，说明负电极更易于放电。赫兹是一位工作非常谨慎的物理学家，他不轻率对现象作解释，只是如实在论文《紫外光对放电的影响》中作了记载，这篇论文在1887年发表于《物理学年报》上。赫兹发现光电效应有一定的偶然性，但并不是唾手可得的成果，而是经过极其细致的观察和分析才得到的。引人深思的是，这个对光的粒子性有重要意义的效应，恰恰是在证实它的对立面——电磁波的实验中发现的。这不正好说明物质世界的波粒二象性吗？ 赫兹的论文发表后，立即引起人们注意，因为似乎这个现象可以导致光直接变成电。许多物理学家纷纷投人光电效应的研究之中。

3.6_电光效应光折变效应非线性光学效应

3 材料的光学性能
3.1 光传播的基本性质 3.2 光的反射和折射 3.3 材料对光的吸收和色散 3.4 光的散射 3.5 材料的不透明性和半透明性 3.6 电光效应、光折变效应、非线型光学效应 3.7 光的传输与光纤材料 3.8 特种光学材料及其应用
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (1) 电光效应(electro-optical effect) 由于外加电场所引起的材料折射率的变化效应。 电场与折射率的关系：
n = n + aE0 + bE + L
0 2 0
泡克尔斯效应
克尔电光效应
n0：没有加电场E0时介质的折射率 a, b：常数
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (a) 泡克尔斯效应(Pockels effect) 1893年
在没有对称中心的晶体中，外加电场与折射率的 关系具有一次电光效应。 旋转椭球折射率体 三轴椭球光折射率体 （双轴晶体） rc：电光陶瓷的电光系数
1 3 Δn = n rc E 2
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体
透 明 电 极
压 电 晶 体
透 明 电 极
电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播
ΚD
P
偏振片1
不加电场 不加电场
偏振片2
P P22 不透光 不透光
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物理学史7.3 光电效应的研究

7.3光电效应的研究 爱因斯坦最早明确地认识到，普朗克的发现标志了物理学的新纪元。1905年，爱因斯坦在著名论文：《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中①，发展了普朗克的量子假说，提出了光量子概念，并应用到光的发射和转化上，很好地解释了光电效应等现象。后来，爱因斯坦称这篇论文是非常革命的，因为它为研究辐射问题提出了崭新的观点。 7.3.1爱因斯坦的光量子理论 爱因斯坦在那篇论文中，总结了光学发展中微粒说和波动说长期争论的历史，揭示了经典理论的困境，提出只要把光的能量看成不是连续分布，而是一份一份地集中在一起，就可以作出合理的解释。他写道： “在我看来，如果假定光的能量在空间的分布是不连续的，就可以更好地理解黑体辐射、光致发光、紫外线产生阴极射线（按：即光电效应），以及其他有关光的产生和转化的现象的各种观测结果。根据这一假设，从点光源发射出来的光束的能量在传播中将不是连续分布在越来越大的空间之中，而是由一个数目有限的局限于空间各点的能量子所组成。这些能量子在运动中不再分散，只能整个地被吸收或产生。” 也就是说，光不仅在发射中，而且在传播过程中以及在与物质的相互作用中，都可以看成能量子。爱因斯坦称之为光量子，也就是后来所谓的光子（photon）。光子一词则是1926年由路易斯（G.N.Lewis）提出的。 作为一个事例，爱因斯坦提到了光电效应。他解释说①： “能量子钻进物体的表面层，……，把它的全部能量给予了单个电子……，一个在物体内部具有动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分动能。此外还必须假设，每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P（这是物体的特性值——按：即逸出功）。那些在表面上朝着垂直方向被激发的电子，将以最大的法线速度离开物体。” 这样一些电子离开物体时的动能应为： hν-P 爱因斯坦根据能量转化与守恒原理提出，如果该物体充电至正电位V，并被零电位所包围（V也叫遏止电压），又如果V正好大到足以阻止物体损失电荷，就必有：

《光电效应》一节研究性学习探讨

《光电效应》一节研究性学习探讨 探讨“研究性学习”课程模式，是适应素质教育要求、改革教学方法的新课题。在教学实践中，我们就高中物理中《光电效应》一节开展了研究性学习活动。本文就我们所做的一些尝试和探讨作简单的介绍。 一、课题的选择与引入 1.问题是创造的开端 选择这一课题的理由：一是往届教学活动的信息反馈——学生对光电效应现象普遍感到好奇，但对其规律又理解不透；二是随着生产力的发展，光电转换、光电控制已广泛应用于社会各领域，学生对光电效应的应用有所了解；三是本节内容不仅是对光的本性深刻认识的历史过程，而且蕴藏着普遍适用的科学研究方法。 2.创设情境，引入课题 按图一所示装置演示光电效应现象，并指出：不仅光照射锌板时有电子飞出，光照射其他金属(如铯、钠、银、铂等)，也有电子飞出。人们把在光的照射下从物体表面射出电子的现象叫做光电效应。射出的电子叫做光电子。 介绍光电效应的应用，出示教学用光电管并说明其构造和原理。 提出问题：光电效应现象有些什么规律?它揭示出了一个什么问题?怎样用光电管做实验研究光电效应的规律呢?请同学们想一想。 A、砂光的锌板 B、带电正的金属 C、15W220V紫外杀菌灯管。 二、自主学习探讨 1.确定研究变量学生带着问题认真阅读教材，结合光电效应的四点规律提出了影响光电效应的可能因素有：(1)照射光的强度和频率；(2)被照射的金属材料； (3)实验的环境。 初步明确了研究光电效应的规律，就是研究光电子的产生与这些因素的关系，同时提出问题：(1)光电子的多少怎样测量?光电子的初动能怎样测量?(2)照射光的频率如何改变?(3)照射光的强度如何改变? 针对上述情况，老师引导学生分析教材所示的电路；回顾光通过三棱镜发生色散时七色光的颜色与频率。启发学生去发现解决问题的方法，寻找解决问题的方案。 2.自主设计方案 学生确定了研究变量之后，有了研究方向，迫切要求亲自做实验探索，教师根据学生要求提供了若干组实验器材：有测量电流的安培表、电流计，有学生电源、干电池组，有带灯座的照明白炽电灯、手电用小电珠，有变压器、变阻器，还有教学用光电管和红、黄、紫三色滤光片等。学生按照自己的估计或设想进行实验研究，出现了人人踊跃参与的热情场面，也暴露了一些需要解决的问题：(1)实验操作随便，多数人未做观测记录；(2)未能对多个变量展开替换研究；(3)有书面方案的不多，选择的器材对变量控制不方便；(4)由于课题涉及的变量多，出现的现象于经验中少见，学生的实验几乎都是围绕验证四点规律而展开的。 为了解决研究过程中出现的问题，教师提出了优化方案，用变量控制法把实验步骤列成表格的建议。 学生冷静下来后，重新设计并优化了研究方案。

晶体的电光效应

晶体的电光效应

基础物理实验研究性报告晶体的电光效应 第一作者：周坤 学号：14151144 2016年5月12日

摘要 本文以“晶体电光效应”实验为研究内容，先介绍了实验目的，实验仪器，实验的基本原理与实验步骤，进行了数据处理与结果分析，并做了相对误差分析，最后得出几点自己对实验的感想。 关键词：晶体的电光效应激光调制半波电压 目录 摘要 (1) 一实验目的 (2) 二实验仪器 (2) 三实验原理 (3) 1.............. LN晶体的线性电光效应3 2．电光调制原理 (4) 四实验步骤 (6) 1.调整光路系统 (6) 2. 依据3 LiNbo 晶体的透过率曲线(即T-V 曲 线)，选择工作点。测半波电压。 (7) 1）极值法 (7) 2）调制法 (7) 3）改变直流偏压，选择不同的工作点，观 察正弦波电压的调制特性。 (7) 4）用1/4波片来改变工作点，观察输出特 性。 (8)

五实验数据处理与分析 (8) 1.电光调制 (8) 2.动态法观察调制器性能 (10) 3.测量半波电压 (10) 六误差讨论与分析 (11) 1.输出波形畸变产生原因 (11) 2.实验数据误差产生的原因 (11) 七实验总结与感想 (11) 一实验目的 1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法； 2.了解电光效应引起的晶体光学性质的变化，观察汇聚偏振光的干涉现象； 3.学习晶体半波电压和光电常数的实验方法。 二实验仪器 偏振片、扩束镜、铌酸锂电光晶体、光电二极管、光电池、晶体驱动电源、光功率计、1/4玻片、双踪示波器

三 实验原理 1. LN 晶体的线性电光效应 当晶体处在一个外加电场中时。晶体的折射率会发生变化，改变量的表达式为： 22220111()E pE n n n γ?=-=++L L （1） 其中n 是受外场作用时晶体的折射率，n0是自然状态下晶体的折射率，E 是外加电场强度，γ和p 是与物质有关的常数。（1）式右边第一项表示的是线性电光效应，又称为普克尔效应，因此γ叫做线性电光系数；第二项表示的是二次电光效应，又称为克尔效应，因此p 也叫做二次电光系数。本实验只涉及到线性电光效应。 LN 晶体通常采用横向加压，z 向通光的运用方式，即在主轴y 方向加电场Ey 而Ex = Ez = 0 ，有外电场时折射率椭球的主轴一般不再与原坐标轴重合。将坐标系经过适当的旋转后得到一个新的坐标系（x ′，y ′，z ′），使折射率椭球变为： 122 2222='+'+'''' z y x n z n y n x （2） 这里x n '、y n '、z n '是有电场时的三个主折射率。叫感应主折射率，坐标系（x ′，y ′，z ′）叫感应主轴坐标系。 在（x ' y ' z '）坐标系中，折射率椭球的方程为: （3） 将（3）式同（2）式比较，就可得出： 222211y x o E n n γ'=-， 222211,y y o E n n γ'=+ e z n n =' 一般情况下有y E 22γ<<20/1n ，于是 y x E n n n 2230021γ+ =' y y E n n n 2230021γ-=' e z n n =' （4） 上述结果表明，在LN 晶体的y 轴方向上加电场时，原来的单轴晶体（nx= ny = n0， 2222222222111'''1y y o o e E x E y z n n n γγ????-+-+= ? ?????

光电子技术领域的研究进展

光电子技术领域的研究进展 姓名：吴雄峰 学号：119084061 摘要：随着科学的进步，光电子技术得到了蓬勃的发展。他不仅由多科学互相 融合和互相渗透，而且在各个科学领域的应用也十分广泛，随着光电子技术应用的快速发展以及在其他科技领域的渗透，又形成了许多市场可观、发展潜力巨大的光电子产业，毋庸置疑，光电子技术对推动21世纪信息技术的发展至关重要。本文旨在通过介绍光电子技术的概念和研究内容、光电子技术领域的发展历史、光电子技术领域的现状、以及光电子技术领域的展望来讲述光电子技术领域的研究进展。 关键词：光电子技术、发展、现状、展望。 一、光电子技术的概念和研究内容 光电子技术指利用光子激发电子或电子跃迁产生光子的物理现象所能提供的手段 和方法,它的核心内容是实现光电和电光转换。作为具有比电子更高频率和速度的信息载体,以其不存在电磁串扰和路径延迟的优点，光电子技术在信息领域的应用无可替代。 当代社会和经济发展中，信息的容量日益聚增，随着高容量和高速度的信息发展，电子学和微电子学遇到其局限性，而光作为更高频率和速度的信息载体，会使信息技术的发展产生突破，信息的探测，传输，存储，显示，运算和处理将由光子和电子共同参与来完成，所以，光电子技术的主要应用在信息领域。 光电子技术属于信息技术的关键“硬件设备”之一，提供把全世界计算机联系起来的可能，甚至可以和卫星或外星球组成网络，目前成为组成覆盖范围巨大的因特网的支柱技术。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 光电子技术的研究范围为光与物质中的电子相互作用及能量转换的关系以及相关技术，其主要研究内容是光源激光化、传输波导化、手段电子化、电子学理论模式以及处理方法光学化。 光电子技术研究的先后内容为首先是辐射光源（激光光源），接着是光辐射探测器（激光探测器，PN结探测器），然后是光成像系统（CCD），最后发展为现在的信息显示技术。 二、光电子技术领域的发展历史 光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术是由光学技术和电子学技术相结合而形成的。1962年半导体激光器的诞是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起随

晶体的电光效应实验报告

晶体的电光效应 五、数据处理 1.研究LN单轴晶体的干涉： （1）单轴锥光干涉图样： 调节好实验设备，当LN晶体不加横向 电压时，可以观察到如图现象，这是典型的 汇聚偏振光穿过单轴晶体后形成的干涉图 样。 （2）晶体双轴干涉图样： 打开晶体驱动电压，将状态开关打在直 流状态，顺时针旋转电压调整旋钮，调整驱 动电压，将会观察到图案由一个中心分裂为 两个，这是典型的汇聚偏振光穿过双轴晶体 后形成的干涉图样，它说明单轴晶体在电 场的作用下变成了双轴晶体 2.动态法观察调制器性能： （1）实验现象： 当V1=143V时，出现第一次倍频失真： 当V2=486V时，信号波形失真最小，振幅最大（线性调制）：

当V 3=832V 时，出现第二次倍频失真： （2）调制法测定LN 晶体的半波电压： 晶体基本物理量 第一次倍频失真对应的电压V 1=143V ，第二次倍频失真对应的电压V 3=832V 。故31832143689V V V V V V π=-=-=。 由3 022()2d V n l πλγ= 得：122230() 6.41102d n V l πλγ-==? 3.电光调制器T-V 工作曲线的测量： （1）原始数据：

依据数据作出电光调制器P-V工作曲线： （2）极值法测定LN晶体的半波电压： 从图中可以看到，V在100~150V时取最小值，在800~850V时取最大

值。分别在这两个区域内每隔5V 测量一次，原始数据如下： 比较数据可以得出，极小值大致出现在1110V V ≈，极大值大致出现 在3805V V ≈，由此可得31805110695V V V V V V π=-=-= 由3 022()2d V n l πλγ= 得：122230() 6.35102d n V l πλγ-==? 4.测量值与理论值比较： 算出理论值3022()649.22d V V n l πλγ= =。与理论值相比，调制法测量 结果相对误差约6.1%，极值法测量结果误差约7.1%，实验值与理论值符合较好。其中，动态法比极值法更精确。

晶体的电光效应

晶体的电光效应 介质因电场作用而引起折射率变化的现象称为电光效应，介质折射率和电场的关系可表示为： +++=20bE aE n n (1) 式中n 0是没有外加电场（E =0）时的折射率，a 和b 是常数，其中电场一次项引起的变化称为线性电光效应，由Pokels 于1893年发现，故也称为Pokels 效应；由电场的二次项引起的变化称为二次电光效应，由Kerr 在1875年发现，也称Kerr 效应，在无对称中心晶体中，一次效应比二次效应显著得多，所以通常讨论线性效应。尽管电场引起折射率的变化很小，但可用干涉等方法精确地显示和测定，而且它有很短的响应时间，所以利用电光效应制成的电光器件在激光通信、激光测距、激光显示、高速摄影、信息处理等许多方面具有广泛的应用。 [实验目的] 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压； 学习电光调制的原理和实验方法，掌握调试技能； 了解利用电光调制模拟音频光通信的一种实验方法； [实验原理] 1． 晶体的电光效应 按光的电磁理论，光在介质中传播的速度为2 1 0)(-==μεn c c ，ε为介电系数，是对称的二阶张量，即ji ij εε=，由此建立的D 和E 的关系为： j j i i E D ε= （3,2,1,=j i ) (2) 即： 3 33232131332322212323 132121111E E E D E E E D E E E D εεεεεεεεε++=++=++= 在各向同性的介质中，εεεε===332211，D 和E 成简单的线性关系，光在这类介质中

以某一确定速度传播；但在各向异性的介质中，一般情况下各方向的折射率却不再相同，所以各偏振态的光传播速度也不同，将呈现双折射现象。如果光在晶体中沿某方向传播时，各个方向的偏振光折射率都相等，则该方向称为晶体的光轴。若晶体只含有一个这样的方向，则称为单轴晶体。 通常用折射率椭球来描述折射率与光的传播方向、振动方向的关系。在主轴坐标系中， 折射率椭球方程为： 123 2 222212=++n z n y n x (3) 式中z y x ,,的方向是介质的主轴，沿这些方向的D 、E 是相互平行的。i n 为椭球三个主轴方向的折射率，称为主折射率。折射率椭球的取向和形状将受到晶体对称性的制约，如单轴晶体o n n n ==21，e n n =3为旋转椭球。以op 为光的波法 线，过原点O 作一个和op 垂直的平面，和椭球相截得一椭圆， 其长短轴方向分别为沿op 传播的光的两个偏振方向，长短轴 的大小代表沿这两个方向振动的线偏振光的折射率n 1和n 2(图 1)，它们的传播速度分别为2 010n c n c 和。对晶体加电场后，折射率椭球的形状，大小，方位等均发生变化，椭球方程变为： 1222212 213221233222222112=?+?+?+++y x n z x n z y n n z n y n x (4) 式中交叉项由电场引起，表示变形后形成的新椭球主轴（感应主轴）和原先的主轴不重合。折射率和电场的关系可表示为： z y x E E E n n 1312112121111γγγ++=- z y x E E E n n 23222122 22211γγγ++=- z y x E E E n n 23222122 22211γγγ++=- (5) z y x E E E n n 3332312323311γγγ++=- 图1.晶体的折射率椭球

光电效应的实验及理论研究

光电效应的实验及理 论研究 Revised on November 25, 2020

JISHOU UNIVERSITY 本科生毕业论文题目：光电效应理论及实验探讨 作者：杨麟 学号： 所属学院：物理与机电工程学院 专业年级：2012级应用物理专业 指导教师：邬云雯职称：教授 完成时间：2016年4月27日 吉首大学教务处制 光电效应的理论及实验探讨 杨麟 （吉首大学物理与机电工程，湖南吉首 416000） 摘要：为了更加深入的探索“光与电之间的相互转换”这一未来的热门领域，分析了光电效应产生的基本原理和实验规律，并用实验加以验证，为以后进一步的研究打下了基础。 关键词：光电效应；光电子；频率；遏止电压 Theoretical and Experimental Investigation of the photoelectric effect Yanglin (College of Physics, Mechanical and Electrical Engineering, Jishou University,Jishou,Hunan 416000)

Abstract: For more in-depth exploration of "mutual conversion between light and electricity," the next hot area, analyzes the basic principles and laws of the photoelectric effect experiment generated and verified by experiment, for further research laid the foundation for later. Keywords: the photoelectric effect ; Optoelectronics ; frequency ; Curb voltage 引言 光电效应是指光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化的这一类现象的总和。由物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。自20世纪70年代以来，随着社会的发展和科技创新，越来越多的人把焦点集中在对光能和电能的运用，由于光电效应能实现光能和电能之间的转换，因此也有了越来越多了的应用。特别是近30年，光电效应更是广泛的应用于工业和军事领域，已经成为人类文明发展不可缺失的一部分！本文较为详细的介绍了光电效应的理论知识及发展历史，并设计实验加以验证。 1.光电效应的理论探讨 光电效的含义 在物理学中，光电效应是一个重要而神奇的现象。物质在高于某特定频率的光波照射下，引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应。其中光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种发生在物体表面，使物体内的电子逸出物体表面，称为外光电效应。后两种发生在物内部，使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差或引起材料电导率的变化，称为内光电效应。 光电效应的理论发展和研究历史 德国物理学家赫兹在1887年用莱顿瓶做放电实验观察到了光电效应和电磁波的发射与接收,正是这个实验中赫兹注意到当紫外光照射在火花隙的负极上,放电就比较容易发生。赫兹的论文《紫外线对放电的影响》发表后，引起物理学界广泛的注意，许多物理学家进行了进一步的实验研究。 1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯（Wilhelm Hallwachs）证实，这是由于在放电间隙内出现了荷电体的缘故。 1899年，.汤姆孙用巧妙的方法测得产生的光电流的荷质比，获得的值与阴极射线粒子的荷质比相近，这就说明产生的光电流和阴极射线一样是电子流。这样，物理学家就认识到，这一现象的实质是由于光（特别是紫外光）照射到金属表面使金属内部的自由电子获得更大的动能，因而从金属表面逃逸出来的一种现象。 1899—1902年，勒纳德（，1862—1947）对光电效应进行了系统的研究，并首先将这一现象称为“光电效应”。为了研究光电子从金属表面逸出时所具有的能量，勒纳德在电极间加一可调节反向电压，直到使光电流截止，从反向电压的截止值，可以推算电子逸出金属表面时的最