声光调制实验
成绩信息与通信工程学院实验报告
(操作性实验)
课程名称:物理光学
实验题目:声光调制实验指导教师: 班级:学号: 学生姓名:
一、实验目得与任务
1、观察声光调制得偏转现象
2、测试声光调制得幅度特性
3、显示声光调制偏转曲线
４、观察声光调制随频率偏转现象
5、测试声光调制频率偏转特性
6、测量声光调制器得衍射效率
7、测量超声波得波速
8、声光调制与光通讯实验演示
二、实验仪器及器件
声光调制实验仪
图1 声光调制实验仪装置
三、实验内容及原理
声光调制原理:
当声波在某些介质中传播时,会随时间与空间得周期性得弹性应变,造成介质密度(或光折射率)得周期变化、介质随超声应变与折射率变化得这一特性,可使光在介质中传播时发生衍射,从而产生声光效应:存在于超声波中得此类介质可视为一种由声波形成得位相光栅(称为声光栅),其光栅得栅距(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得传播方向,并使光强在空间作重新分布。
声光器件由声光介质与换能器两部分组成。前者常用得有钼酸铅(PＭ)、氧化碲等,后者为由射频压电换能器组成得超声波发生器、如图1所示为声光调制原理图。
射频信号
图2 声光调制得原理
图1 声光调制原理
理论分析指出,当入射角(入射光与超声波面间得夹角)满足以下条件时,衍射光最强。
(1)
式中N为衍射光得级数,、k分别为入射光得波长与波数,与K分别为超声波得波长与波数
声光衍射主要分为布拉格(Bragg)衍射与喇曼—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=１)得布拉格区。
满足布拉格衍射得条件就是:
(2)
(式中F与分别为超声波得频率与速度,为光波得波长)
当满足入射角较小,且得布拉格衍射条件下,由(１)式可知,此时 ,并有最强得正一级(或负一级)得衍射光呈现。
入射(掠射)角与衍射角之与称为偏转角(参见图1),由(２)式:
(3)
由此可见,当声波频率F改变时,衍射光得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得传播速度为:
(4)
四、实验步骤
1、观察声光调制得偏转现象
（1）调节激光束得亮度,使在像屏中心有明晰得光点呈现,此即为声光调制得０级光斑。
（2）打开载波选择开关,拨至“８0MＨｚ”得档级,调节“载波幅度"旋钮,此时80MHz得超声波即对声光介质进行调制。
（3）微调载物平台上声光调制器得转向,以改变声光调制器得光点入射角,即可出现因声光调制而偏转得衍射光斑、当一级衍射光最强时,声光调制器即运
转在布拉格条件下得偏转状态。
2、测试声光调制得幅度特性
(1)取去像屏,使激光束得０级光仍落在光敏接收孔得中心位置上。
(2)微调接收器滑座得测微机构,使接收孔横向移动到一级光得位置(监视“接收光
强指示”表使其达最大值)。
(3)调节“载波幅度"旋钮,分别读出载波电压与接收光强得大小,画出光强～调制电
压得关系式(I
d ~Ｕ
m
)。
３、显示声光调制偏转曲线
将接收器滑座横向细调到线阵CＣD矩形接收孔得中间位置上,适当调整示波器使其正确呈现出0级光与次级光得声光调制偏转曲线、
4、观察声光调制随频率偏转现象
（1）按测试“声光调制幅度特性"得步序,先将“载波选择”置于“关”得位置,记下接收器滑座横向测微计在0级时得读数、
（2）将“载波选择”开关置于Ⅰ或Ⅱ得位置,可以观察到1级光(或多级光)得平移变化现象。
５、测试声光调制频率偏转特性
(1)调节“载波频率”旋钮,微调接收器横向测微计,使其始终跟踪一级光得位置。
分别记下载波频率指示与测微计读数(即平移距离d)、
待测得1级光与0级光点间得距离d与声光调制器到接收孔之间得距离
L(由导轨面上标尺读出)后,由于L＞〉ｄ,即可求出声光调制得偏转角:
（2）画出偏转角——调制频率得关系曲线(θ
ｄ
～F)。
（3）测得各调制频率F值所对应得衍射光强I
d
,画出衍射光强~调制频率得关系曲线
(I
ｄ～F),该曲线中得I
d
峰值Ｉ
dmaｘ
应与中心频率相对应,而其与下降3dB所对应
得频率差即为声光调制器得带宽、６、测量声光调制器得衍射效率
衍射效率η定义为:
即最大衍射光强Ｉ
dmａx 与0级光强Ｉ
之比,分别测得最强衍射光与０级光得光强值,其
比值即为衍射效率。
７、测量超声波得波速
将超声波频率F、偏转角与激光波长各值代入(4)式,即可计算出超声波在介质中得传播速度。
８、声光调制与光通讯实验演示
将音频信号(来自广播收音机、录音机、CD机等音源)输入到本机得“外调输入”插座,将扬声器插入主控单元后面板得“解调监听”插座,打开载波选择开关至80MＨz档位,适当调节载波幅度与解调幅度即可使扬声器播放出音响节目。
五、实验测试数据表格记录
图3 布拉格衍射光斑
图４拉曼衍射光斑
表１声光调制数据
载波电压U/V 0。１3 ０。1９0.2５０。31 0、41 0、5０0、65 0、87 ０.92
0.98 1。３４1。64 2.32 2。45 3.32 4。05 5、0０调制光强I／V ０。6
７
六、实验数据分析及处理
一级光与二级光点间得距离ｄ＝2.0ｍm
声光调制器到接受孔之间得距离L=４6。5cm
声光调制器得偏转角=0、4
衍射效率＝5、0／6.02=0、83
超声波得波速= ５５00
图5 声光调制特性曲线
七、结论与感悟(或讨论)
声光调制就是利用声光效应将信息加载于光频载波上得一种物理过程。由于声光作用,使光波通过声光介质时,光载波受到调制而成为“携带”信息得强度调制波。改变调制偏转角,可以瞧到布拉格衍射与拉曼衍射两种光斑得特点。通过本次实验,掌握了声光调制得方法并加深了对理论知识得理解、