晶体声光调制实验报告.doc

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1、竭诚为您提供优质文档/双击可除 晶体声光调制实验报告 篇一：实验十三晶体声光效应与声光调制实验 实验十三晶体声光效应与声光调制实验 当光波通过受到超声波扰动的介质时会发生衍射现象， 这种现象被称为声光效应，它是光波与介质中声波相互作用 的结果。声光效应可以用于控制激光束的频率、方向和强度， 利用声光效应制成的各种声光器件，如声光调制器、声光偏 转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信息处理和集成光 通信技术等方面有着重要的应用。 一、实验目的 1.掌握声光效应的原理和实验规律； 2.观察喇曼-奈斯（Ranmannath）衍射的实验条件和 特点； 3.利用声光效应测量声波在介质中的传播速度； 4.

2、测量声光器件的衍射效率和带宽； 120 5.了解声光效应在新技术中的应用； 二、实验原理 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时 间上和空间上的周期性变化，并且导致介质的折射率也发生 相应的变化。当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现 象，这就是声光效应。有超声波传播的介质如同一个相位光 栅。根据超声波频率的高低或声光相互作用长度的长短，可 以将光与弹性声波作用产生的衍射分为两种类型，即喇曼 奈斯型衍射和布拉格型衍射。 1.喇曼奈斯衍射 当超声波频率较低、声光相互作用距离较小时，即 ?2 l?s20 平面光波沿 z 轴入射，就相当于通过一个相位光 栅，将产生喇曼奈斯衍射，如图 2

3、所示。 根据相关理论可以证明以下结论： （1）各级衍射角q满足下列关系： sin?m?0（1） s其中，l0 为入射激光波长，ls 为超声波波长，m=0， 1，2，3，?。 （2）各级衍射光强与入射光强之比为： 220 Im2?Jm(?)（2）I 入 其中，Jm(?)为 m 阶贝塞尔函数，? 光强是对称分布的。 （3）各级衍射光的频率由于产生了多普勒频移而各不 相同，各级衍射光的频率为 2?022(?)?J?)，所以零级极值 两侧的?L。因为 Jmm(?0?m?s。 2布拉格衍射 当超声波频率较高，声光相互作用距离较大，满足 l?2?2 s?并且光束与声波波面间保持一定的角度入 射时，将产生布

4、拉格衍射。这种衍射与晶体 对故称为布喇格 x 光的布喇格衍射很类似， 衍射。能产生这种衍射的光束入射角称为布 喇格角。此时有超声波存在的介质起体积光 栅的作用。布拉格衍射的特点是： （1）理想情况下，只出现零级和1 级衍射或1 级衍 射。 （2）若参数合适、超声功率足够大，入射光功率几乎 可以全部转换到1 级或1 级上。 （3）产生布拉格衍射的入射角qb 满足关系： 320 sin?b?0（3）2?s （4）1 级衍射光强与入射光强之比为： I112?sin2(?nL)（4）I?2? 3声光调制：无论是喇曼奈斯衍射还是布拉格衍射， 都可以通过改变超声波的强度而改变衍射光的强度。所以可 以把调制

5、信号加在超声波功率放大级，以达到光强调制的目 的。 4声光偏转：无论是喇曼奈斯衍射还是布拉格衍射， 都可以通过改变超声波 的频率而改变衍射光的偏转方向。若对超声频率固定的超 声发生器实现开关功能，在开时由于产生衍射，+1 级或-1 级衍射光存在，在关时，衍射光不存在，就可实 现声光开关功能。一般声光开关运用的是布拉格衍 射。 三、实验仪器 Losg-型晶体声光效应实验系统的组成如图 1 所示， 主要包括光路部分和声光效应实验仪两部分。光路部分包括 he-ne 激光器，激光器电源，声光器件，精密旋转台，导轨， 白屏等；实验仪包括超声波信号(:晶体声光调制实验报告) 源，脉冲方波产生器，光电池、光

6、功率计，脉冲信号解调器 等。实验时，需另配频率计和双踪示波器。 420 主要部件的技术指标： 1he-ne 激光器：波长 632.8nm，功率 2mw。 2.声光器件： 工作波长 633nm， 中心频率 100mhz0.5mhz， 衍射效率40%，脉冲重复频率1mhz。 3高频超声信号源： 工作频率 80120mhz，输出功率约为 700mw； 调制脉冲频率10Khz，TTL 接口； 4脉冲方波产生器：工作频率 0.52Khz，TTL 接口。 四、实验内容及步骤 1观察喇曼奈斯衍射现象 按照图 1 所示安置好有关部件： 把激光器、 精密旋转台、 白屏等一字排列在轨道上， 声光器件固定在精密旋转

7、台上；将激光器电源连接到激 光器；把声光效应实验仪的超声功率输出用电缆连接到声光 器件； 等幅/调幅开关放在等幅位置， 光功率/解制开 关置于光功率（参看实验仪的面板图） 。打开 hene 激光器电源，调整声光器件在光路中的位 置和光的入射角度，使光束穿过声光器件，照射在白屏上。 打开声光效应实验仪的电源（注意在未连接声光调制器 之前，不能开启电源）仔细调整声光器件在光路中的位置和 光的入射角度，调整信号源输出功率至最大（直流电流表指 示最大）同时调节信号源输出频率，使光屏上显示的光点最 520 多。出现喇曼奈斯型衍射，使之达到最佳状态。分别改变 信号发生器的功率和频率，观察衍射现象的变化，记

8、录实验 现象。 2测量超声波长ls 和声速us 如图 4 所示，测量光屏上 0 级和一级衍射光点之 间的距离 a，声光器件与光屏之距离 L，计算一级衍射 角?，?sin?a，依据（1）式有：L s?0?0?0L （5）asin? 0 其中，hene 激光器波长l 式即可求得ls。又因为：=632.8nm，m=1，代入上 vs?sfs（6） 式中 fs 为超声信号源的频率，可用频率计测量，这样 就可求得声速 vs。 具体测量如下： 在 80120mhz 之间，每隔约 5mhz 测一次，记录-1 和+1 级之间的间隔，即 2a。以 fs 为横坐标、2a 为纵坐标作图。 对实验点坐线性拟合，求其斜率

9、，由此计算调制晶体中的声 速 vs。 3测量声光器件的衍射效率 在喇曼奈斯衍射条件下，一级衍射光的效率为： ?I1（7）I? 其中，I1 为1 级衍射光强，Il为入射光强。 620 将光电池插入实验仪的 光电池 插座， 将功率计调零； 再把光电池置于声光器件 前面，让光束对准光电池的入射孔，此时光功率计的读数 即为入射光强 Il。然后再将光电池置于白屏前面，光电池 入射孔对准一级衍射光点。由光功率计读出一级衍射光强 I1。 按（7）式计算衍射效率h。 4测量声光器件的带宽和中心频率 声光器件有一个衍射效率最大的工作频率,此频率称为 声光器件的中心频率,对于其它频率的超声波,其衍射效率 将降低，

10、一般认为衍射效率(或衍射光的相对光强)下降 3db(即衍射效率降到最大值的 1 时)两频率的间隔为声光器 件的带宽。做这项实验时，将频率计的输入与实验仪的测 频 插座连接， 测量超声信号源的频率。 调节超声波的频率， 用功率计测量各频点对应的一级衍射光强和入射光强。由于 一级衍射光点的位置随频率的改变而改变，所以在测试过程 中必须相应调整光电池的位置，使其入射孔始终对准一级衍 射光。求得衍射效率与超声波频率的关系曲线，定出声光器 件的带宽和中心频率。 5观测利用声光效应的信息传输实验 将实验仪的等幅/调幅开关置于调幅， 功率计/解 720 调开关置于解调， 调制频率监测和解调监测分别 连接双踪

11、示波器的 x 输入和 Y 输入。开启实验仪的电源，这 样加到声光器件上的信号变成经脉冲方波调制的超声波，经 过声光相互作用，传输到接受端。调节调制频率并控制 音量 ，可由双踪示波器上观测调制频率和解调频率及其 变化，并且由仪器内置的扬声器收听变化的音调。 注意：信息传输是利用衍射光，所以必须使光电池的入 射孔对准一级衍射光。 五、注意事项 1高频超声信号源不得空载，即在开启实验仪电源前， 应先将输出端与声光器件相 连，否则，容易损坏超声信号源。 2声光器件应小心轻放，不得冲击碰撞，否则将可能 损坏内部晶体而报废，这种损坏属 于人为损坏，不予保修或更换。 3声光器件的通光面不得接触、擦拭、清洗，

12、不做实 验时，通光孔可用不干胶纸封住， 否则易损坏光学增透膜，如有灰尘可用洗耳球吹去。 篇二：声光调制实验 声光调制实验 教学目的 1、掌握声光调制的基本原理； 2、了解声光器件的工作原理；观察布拉格声光衍射现 820 象； 3、了解布拉格声光衍射和拉曼奈斯声光衍射的区别。 重难点难点：理解和掌握晶体声光调制的原理和实验方 法； 重点：了解布拉格声光衍射并观察布拉格声光衍射现象 教学方法理论联系实际；实验观察与比较；精讲与指导 讨论相结合学时 3 个学时 一、前言 早在本世纪 30 年代就开始了声光衍射的实验研究。60 年代激光器的问世为声光衍射现象的研究提供了良好的光 源，促进了声光效应理论

13、和应用研究的迅速发展。声光效应 为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。 利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器 和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯 技术等方面有着重要应用。声光效应已广泛应用于声学、 、光学和光电子学。近年来，随着声光技术的不断发展，人们 已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连 续器件的 Q 开关。 由于声光器件具有输入电压低件的 Q 开关。 由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、 能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便 等优点，加之新一代的优质声光材的发现，使声光器件具有 良好的发展前景，它

14、将不断地满足工业、科学、军事等方面 920 的需求。 一、实验仪器 图 6 系统装置图 1.调平底脚 2.导轨 3.滑座 4.四维调整架 5.半导体激光 器 6.声光晶体盒 7.旋转平台 8.小孔光阑 9.横向滑座 10.光电探测器 本实验系统是由半导体激光器、声光盒、小孔光阑、光 电探测器以及声光调制电源箱组成。 三、实验原理 （一）声光调制的物理基础 1、弹光效应： 若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用 下发生形变，分子间因相互作用力发生改变而产生相对位移， 将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度大的地方折 射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性 改变。这种由于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光 效应。弹光效应存在于一切物质。 2、声光栅 当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应 的、随时间和空间周期性变化的相位。这部分受扰动的介质 等效为一个相位光栅 其光栅常数就是声波波长?s，这 。种光栅称为超声光栅。声波在介质中传播时，有行波和驻波 10 20