声光调制实验VIP专享VIP免费

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结构框图。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密光具座上，构成声光调制仪的光路系统。注：本系统仅提供半导体激光管（包含电源）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。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。1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80MHz——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行比较，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行音频调制的插座。（插入外来信号时1kHz内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。载波频率指示数字显示声光调制的超声信号频率。2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，主控单元中的内置信号（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行比较。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）【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3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换能器两部分组成。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。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；后者则...