光电技术实验_声光调制

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1、学号：111270025姓名：李亚东光电技术实验声光调制一、声光调制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，可使光在介质屮传播时发生衍射，从而产生声光效应：存在于超声波屮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

2、的超声波发生器。如图1所示为声光调制原理图。射频信兮图1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）A满足以下条件时，衍射光最强。sindt=NA.(1)式屮/V为衍射光的级数，A、/c分别为入射光的波长和波数）又•、与K分别为超声波的波长和波数K=^-A声光術射主耍分为布拉格（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；后者则反之。由于布拉格衍射效率较高，故一般声光器件主要工作在仅出现一级光（N=l）的布拉格区。满足布拉格衍射的条件是：Sin3^=（2）2^（式中f与％分别力超声波的

3、频率与速度，/I为光波的波长）当满足入射角A较小，且A=么的布拉格衍射条件下，由（1）式可知，此时氏,并有最强的正一级（或负一级）的衍射光呈现。2k入射（掠射）角A与衍射角^之和称为偏转角（参见阁1）,由（2）式:di=d,+=208=—=—=F—（3）k入、V、.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：二、仪器结构图2所示为声光调制实验仪的装置图。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3示出系统的结构框图。AOM图3声光调制实验系统框图（一）光路系统由激光管（L）、声光调制品体

4、（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。（二）电路系统图4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解调幅度载波幅度载波选择载波频率调制监视外调输入调制幅度接收光强指示载波电压指示载波频率指示解调信号可送示波器显示的插座用以调节解调监听与信号输出的幅度用以调节声光调制的超声信号功率用以对声光调制超声源的选择：关一一无声光调制80MHz——使用80MHz晶振的声光调制I——60〜80MHz声光调制II——80〜100MHz声光调制用以调

5、节声光调制的超声信号频率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）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内置的咅频信号自动断开）用以调节音频调制信号的大小数字显示经光电转换后光信号大小数字显示声光调制的超声信号幅度数字显示声光调制的超声信号频率Op-解调盟听qOCP谳光蠹1O波瑜出一^Op-至接收番qOOP交流电®—O220Y1AO□OOOO图5控制单元后面板图5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

6、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2、声光调制3、光电接收4、解调输出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，>1.其输出直流高压务需按正负极性正确连接）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而板的“至接收器”航空插座上，以便将光电接收信号送到

7、主控单元光电接收信号由“解调输出”插座输出，主控单元中的5、扬声器内置（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）三、仪器使用方法（一）实验前的准备1、按图2与图3的系统组成图先在光具座的滑座上放置好激光器和光电接收器，並安置好声光调制器的载物台。2、按系统连接方法将激光器、声光调制器、光电接收等组件连接到位。3、光路准直：打开电源开关，接通激光电源，调节激光器尾部的旋钮，使激光束达足

8、够强度。先将激光器推近光电接收器，调节