声光调制实验

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1、.-声光调制实验【实验目的】1、了解声光调制实验原理；2、研究声场与光场相互作用的物理过程；3、测量声光效应的幅度特性和偏转特性。【实验仪器及装置】声光调制实验仪〔半导体激光器、声光调制晶体、光电接收等〕、示波器。图5.1所示为声光调制实验仪的构造框图。由图可见，声光调制实验系统由光路与电路两大单元组成。图5.1声光调制实验系统框图一、光路系统由激光管〔L〕、声光调制晶体〔AOM〕与光电接收〔R〕、CCD接收等单元组装在精细光具座上，构成声光调制仪的光路系统。注：ö本系统仅提供半导体激光管〔包含电源

2、〕作为光源，如使用氦氖激光管或其他激光源时，需另配置其它配套电源。.可修编..-二、电路系统除光电转换接收部件外，其余电路单元全部组装在同一主控单元之中。图5.2主控单元前面板图5.2为电路单元的仪器前面板图，各控制部件的作用如下：·电源开关控制主电源，按通时开关指示灯亮，同时对半导体激光器供电。·解调输出插座解调信号的输出插座，可送示波器显示。·解调幅度旋钮用于调节解调监听与信号输出的幅度。·载波幅度旋钮用于调节声光调制的超声信号功率。·载波选择开关用于对声光调制超声源的选择：关——无声光调制80

3、MHz——使用80MHz晶振的声光调制Ⅰ——60～80MHz声光调制Ⅱ——80～100MHz声光调制·载波频率旋钮用以调节声光调制的超声信号频率。·调制监视插座将调制信号输出到示波器显示的插座。〔输出波形既可与解调信号进展比拟，也可呈现出射光的能量分布状态〕·外调输入插座用于对声光调制的载波信号进展音频调制的插座。〔插入外来信号时1kHz置的音频信号自动断开〕·调制幅度旋钮用以调节音频调制信号的幅度。·接收光强指示数字显示经光电转换后光信号大小。·载波电压指示数字显示声光调制的超声信号幅度。·载波频

4、率指示数字显示声光调制的超声信号频率。.可修编..-图5.3控制单元后面板图5.3为电路单元的仪器后面板图，板面各插座的功能如下：·交流电源右侧下部为标准三芯电源插座，用以连接220V交流市电，插座上方系保护电源用的熔丝。·至接收器与光电接收器连接的接口插座。·载波输出输出超声功率至声光调制器的插座。·激光器电源供半导体激光器用的电源输出插座。·解调监听直接送有源扬声器发声的输出插座。三、系统连接1、光源将半导体激光器电源线缆插入主控单元后面板的“激光器电源〞插座中。〔如使用He-Ne激光管，需自配

5、电源，且其输出直流高压务必按正负极性正确连接〕2、声光调制由声光调制器的BNC插座引出的同轴电缆插入主控单元后面板的“载波输出〞插座上。3、光电接收将光电接收部件〔位于光具座末端〕的多芯电缆连接到主控单元后面板的“至接收器〞航空插座上，以便将光电接收信号送到主控单元。4、解调输出光电接收信号由“解调输出〞插座输出，主控单元中的置信号〔或外调输入信号〕由“调制监视〞插座输出。以上两信号可同时送入双踪示波器显示或进展比拟。5、扬声器将有源扬声器插入后面板的“解调监听〞插座即可发声，音量由有源扬声器中的音

6、量控制旋钮控制。〔音量大小也与“载波幅度〞与“解调幅度〞旋钮有关〕.可修编..-【实验原理】当声波在某些介质中传播时，会随时间与空间的周期性的弹性应变，造成介质密度〔或光折射率〕的周期变化。介质随超声应变与折射率变化的这一特性，可使光在介质中传播时发生衍射，从而产生声光效应：存在于超声波中的此类介质可视为一种由声波形成的位相光栅〔称为声光栅〕，其光栅的栅距〔光栅常数〕即为声波波长。当一束平行光束通过声光介质时，光波就会被该声光栅所衍射而改变光的传播方向，并使光强在空间作重新分布。声光器件由声光介质和

7、换能器两局部组成。前者常用的有钼酸铅〔PM〕、氧化碲等，后者为由射频压电换能器组成的超声波发生器。如图5.4所示为声光调制原理图。图5.4声光调制的原理理论分析指出，当入射角〔入射光与超声波面间的夹角〕满足以下条件时，衍射光最强。(5.1)式中N为衍射光的级数，、k分别为入射光的波长和波数，与K分别为超声波的波长和波数。.可修编..-声光衍射主要分为布拉格〔Bragg〕衍射和喇曼-奈斯〔Raman-Nath〕衍射两种类型。前者通常声频较高，声光作用程较长；后者那么反之。由于布拉格衍射效率较高，故一般

8、声光器件主要工作在仅出现一级光〔N=1〕的布拉格区。满足布拉格衍射的条件是：(5.2)〔式中F与分别为超声波的频率与速度，为光波的波长〕当满足入射角较小，且的布拉格衍射条件下，由〔5.1〕式可知，此时，并有最强的正一级〔或负一级〕的衍射光呈现。入射〔掠射〕角与衍射角之和称为偏转角〔参见图5.4〕，由〔5.2〕式：(5.3)由此可见，当声波频率F改变时，衍射光的方向亦将随之线性地改变。同时由此也可求得超声波在介质中的传播速度为：(5.4)【实验容及步骤】一、实验准备1、