声光调制实验

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。

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

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。

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。

射频信号

图1 声光调制原理

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）i θ满足以下条件时，衍射光最强。

????

??=??? ??=??? ?????? ??=s s i N k K N N λλπλλ

π

θ2242sin (5.1)

式中N 为衍射光的级数，λ、k 分别为入射光的波长和波数λ

π

2=k ，s λ与K 分别为超

声波的波长和波数s

K λπ

2=

。

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）的布拉格区。

满足布拉格衍射的条件是：

s

F

Sin υλθ2=

B (5.2)

（式中F 与s υ分别为超声波的频率与速度，λ为光波的波长）

当满足入射角i θ较小，且 B i θθ=的布拉格衍射条件下，由（5.1）式可知，此时

k

K

B 2≈

θ ，并有最强的正一级（或负一级）的衍射光呈现。 入射（掠射）角i θ与衍射角B θ之和称为偏转角d θ（参见图5.4），由（5.2）式：

s

s B B i d F k K V 2λ

λλθθθθ===

=+= (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：

d

s F θλ

=

V (5.4)

【实验内容及步骤】

一、 实验准备

1、 按图5.1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。

2、 所有滑动座中心全部调至零位，并用固定螺丝锁紧，使光器件初步共轴。光电接收器的轴

心要与光具座中心线平行，并安置好声光调制器的载物台。注意使各滑座的0刻度处在光具座的中心位置。测微螺旋初始值最好在10~15mm 之间。 3、 光路准直：

（1） 打开激光电源，调节激光电位器使激光束有足够强度。调节激光器架上的三只夹持

螺钉使激光束基本保持水平，用直尺量激光器光源输出口高度与光电接收器中心高度，使二者等高。此时激光器头部保持固定。

（2） 调节激光器尾部的夹持螺钉，使激光束的光点保持在接收器的塑盖中心位置上（去

除盖子则光强指示最大），此后激光器与接收器的位置不宜再动。

4、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。

5、用所提供的电缆线分别将前面板的“调制监视”与“解调输出”插座与双踪示波器的YⅠ、

YⅡ输入端相连，移去接收器塑盖时，接收光强指示表应有读数。

6、将声光调制器的透光孔置于载物平台的中心位置，用压杆将调制器初步固定，然后使该滑

座在靠近激光管附近的导轨内就位。

7、调节载物平台的高度和转向，使激光束恰在声光调制器的透光孔中间穿过，再用压杆将声

光调制器紧固定。载物平台的转向应在±10°以内。

8、将光电接收器前端的弹簧钢丝夹夹持住白色像屏。

二、实验现象观察及数据测量

1、观察声光调制的偏转现象

（1）调节激光束的亮度，使在像屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0级光斑。

（2）打开载波选择开关，拨至“80MHz”的档级，调节“载波幅度”旋钮，此时80MHz 的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的转向，以改变声光调制器的光点入射角，即可出现因声光调制而偏转的衍射光斑。当一级衍射光最强时，声光调制器即运转在布拉格条

件下的偏转状态。

2、测试声光调制的幅度特性

（1）取去像屏，使激光束的0级光仍落在光敏接收孔的中心位置上。

（2）微调接收器滑座的测微机构，使接收孔横向移动到一级光的位置（监视“接收光强指示”表使其达最大值）。

（3）将载波选择开关拨至“80MHz”的档级，调节“载波幅度”旋钮，分别读出载波电压与接收光强的大小，画出光强～调制电压的关系曲线（I d ～U m）。

3、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”的步序，先将“载波选择”置于“关”的位置，记下接收器滑座横向测微计在0级时的读数d0。

（2） 将“载波选择”开关置于Ⅰ和Ⅱ的位置，可以观察到1级光（或多级光）的平移变

化现象。

4、 测试声光调制频率偏转特性

（1） 将“载波选择”开关置于Ⅰ和Ⅱ的位置，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的位置。分别记下载波频率指示F 与测微计读数d 1。待测得1级光和0级光点间的距离d 与声光调制器到接收孔之间的距离L （由导轨面上标尺读出）后，由于L ＞＞d ，即可求出声光调制的偏转角：

L

d

d ≈

θ 画出偏转角——调制频率的关系曲线（θd ～F ）。

（2） 测得各调制频率F 值所对应的衍射光强I d ，画出衍射光强～调制频率的关系曲线

（I d ～F ），该曲线中的I d 峰值I dmax 应与中心频率相对应，而其与下降3dB 所对应的频率差即为声光调制器的带宽。

5、 测量声光调制器的衍射效率 衍射效率η定义为：o

d I I =

max

η 即最大衍射光强I dmax 与0级光强I 0之比，分别测得最强衍射光与0级光的光强值，其比值即为衍射效率。 6、 测量超声波的波速

将超声波频率F （80MHz ）、偏转角d θ与激光波长λ（630～680nm ，可取650nm ）各值代入公式d

s F θλ

=V ，即可计算出超声波在介质中的传播速度s V 。

三、 声光调制与光通讯实验演示（可选做）

将音频信号（来自广播收音机、录音机、CD 机等音源）输入到本机的“外调输入”插座，将扬声器插入主控单元后面板的“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。

【实验数据处理与分析】

1、 测试声光调制的幅度特性

表5.1 声光调制幅度特性实验数据表

d m

2、 测试声光调制频率偏转特性

零级光位置d 0= 11.230mm ；

声光调制器与接收孔间的距离L= 46.0cm 。

表5.2 声光调制偏转角与调制频率实验数据表

作θd~F曲线。

表5.3 声光调制衍射光强与调制频率实验数据表

作I d

3、 测量声光调制器的衍射效率

最大衍射光强I dmax = 2.73A ； 0级光强I 0= 5.13V ； 衍射效率η= 53.21% 。 4、 测量超声波的波速

超声波在介质中的传播速度s V = 403.3m/s 。

【实验注意事项】

1、 为防止强激光束长时间照射而导致光敏管疲劳或损坏，调节或使用后请随即用塑盖将光电

接收孔盖好。

2、 调节过程中必须避免激光直射人眼，以免对眼睛造成危害。

3、 调节半导体激光器功率时，不要用力过大而损坏功率调节旋钮。

4、 调节载物平台的转向应在±10°以内。

5、 实验数据的单位和精度要求：角度单位为rad ，螺旋测微器和标尺都需要估读一位。

【实验思考题】

1、 叙述声光衍射的基本原理，说明布拉格衍射和喇曼-奈斯衍射的区别。

答：声光衍射基本原理：当声波在某介质中传播时，会随时间与空间的周期性发生弹性应变，造成介质密度的周期性变化。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。

区别：布拉格衍射声光作用长度较长，超声波的频率较高，光束与声波波面之间以一定的角度斜入射；喇曼-奈斯衍射声光作用长度较短，超声波的频率较低，光波垂直于声场传播的方向。

2、 布拉格衍射有哪些条件，布拉格衍射条件对声光调制实验有何指导意义？ 答：布拉格衍射条件是：s

B F

υλθ2sin =

式中，F 和s υ分别是超声波的频率和速度，λ为光波的波长。

当满足入射角i θ较小，且B i θθ=的布拉格衍射条件下，此时有最强的正一级（负一级）的衍射光出现。

实验一 声光调制实验

实验一 声光调制实验 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料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 一、实验目的 1、掌握声光调制的基本原理。 2、了解声光器件的工作原理。 3、了解布拉格声光衍射和拉曼—奈斯声光衍射的区别。 4、观察布拉格声光衍射现象。 二、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λs ，这种光栅称为超声光栅。声波在介质中传播时，有行波和驻波两种形式。特点是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立不动的。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。到达另一端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。由于机械波的压缩和伸长作用，则在声光晶体中形成行波式的疏密相间的构造，也就是行波形式的光栅。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。如果遇见反声物质，超声波将被反声物质反射，在返回途中和入射波叠加而在声光晶体中形成驻波。由于机械波压缩伸长作用，在声光晶体中形成驻波形式的疏密相同的构造，也就是驻波形式的光栅。 首先考虑行波的情况，设平面纵声波在介质中沿x 方向传播，声波扰动介质中的质点位移可写成 ()x k t u u s s -=ωcos 01 (1) μ0是质点振动的振幅，ωs 是声波频率，k s 是声波波矢量的模。相应的应变场是 ()x k t k u x u S s s s -=??-=ωsin 01 (2) 对各向同性介质，折射率分布为

声光效应实验

时间：2014年7月7日 ——声光效应实验 大学物理实验报告

课题解析： 声光效应：超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。 实验目的： 1、观察超声驻波场中光的衍射现象 2、观察超声驻波场的像，测量声波在晶体中的速度 实验器材： 仪器与用具光学实验导轨（1m）、633nm半导体激光器、声光晶体、光信号放大器、声光效应实验电源（驻波声光调制器）、OPT-1A功率指示计以及白屏、光拦探头、一维位移架、MP3及数据线、小孔屏、光电探头、透镜（f=100mm）、光具座、传输线、电源线 主机箱面板功能： 主机箱“声光效应试验电源”主要功能为声光晶体驱动电压的输出与输出电压的指示，频率调节，被调制信号的接受与放大和还原，各面板元器件作用于功能如下： 1.表头：3位半数字表头，用于指示声光晶体驱动电压的大小，该显示数值可通过电压旋钮进行调节。 2.电压旋钮：调整范围0-12V，实验一般调到最大。 3.频率旋钮：调整范围9-11MHz，调整至适当频率使衍射效果最佳，频率值可在示波器或频率上读出（均需自备）。 4.驱动输出：Q9插座，与声光晶体相连接。 5.波形插座：Q9插座，为输出驱动波形，一般与示波器1通道连接

6.音频插座：3.5mm耳机插座，用于输入音频信号。 实验原理： 1.声波是一种弹性波（纵向应力波），在介质中传播时，它使介质产生相应的弹性形变，从而激起介质中各介质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距（光栅常数）等于声波波长λ。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。图1所示为某一瞬间超声行波的情况，其中深色部分表示介质受到压缩、密度增大，相应的折射率也增大，而白色部分表示介质密度减少，对应的折射率也减少。在行波声场作用下，介质折射率的增大或减小交替变化，并以声速v（一般为10^3m/s量级）向前推进。由于声速仅为光速的数十万分之一，所以对光波来说，运动的“声光栅”可以看作是静止的。 2.晶体声光效应实验：利用石英晶体/ZF6驻波声光调制器，它由两部分构成，一是声光晶体：声光晶体由压电换能器（XO0切石英晶体）和声光互作用介质（ZF6）组成。为了在声光介质中形成驻波，沿声传播方向上声光介质的两个面要严格平行，平行度要优于λ/5。压电换能器与声光介质焊接成一体。二是驱动源：驱动源是一个正弦波高频功率信号发生器。驱动源提供的正弦高频功率信号（见图3a），通过匹配网络加到压电换能器上，换能器发出的超声波沿x正方向传播，到达对面后，被全反射，反射波沿x负方向传播，声光介质中如同存在两列频率相同、振幅相等且沿相反方向传播的超声波。 图3b所示就是这种波在十个彼此相等的瞬时间隔时的情况。沿正x方向传播的发射波用虚线表示；沿负x方向传播的反射波用实线表示；它们的叠加点划线表示。不难看出，叠加波具有相同的波长，只是在空间不产生位移。这种由两个彼此相对的行波组成的振动称为驻波。在驻波中，彼此相距λ/2的各点完全不振动，这些点称为波节。位于两波节中间的点是波腹，这些点上的振动最大。另外，显而易见的是每隔1/2T秒，振动即完全消失（图1b中从上往下数3,5,7,9行的瞬时），驻波的最大值也位于这些瞬时间隔的中间（2,4,6,8,10），而且每经过这个时间间隔，在波腹处的振动的相位相反。

电光效应和电光调制

电光效应和电光调制 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。1875年克尔（Kerr）发现了第一个电光效应。即某些各向同性的透明介质在外电场作用下变为各向异性，表现出双折射现象，介质具有单轴晶体的特性，并且其光轴在电场的方向上，人们称这种光电效应为克尔效应。1893年普克尔斯（Pokells）发现，有些晶体，特别是压电晶体，在加了外电场后，也能改变它们的各向异性性质，人们称此种电光效应为普克尔斯效应。电光效应在工程技术和科学研究中有许多重要应用，它有很短的响应时间（可以跟上频率为1010Ｈｚ的电场变化），因此被广泛用于高速摄影中的快门，光速测量中的光束斩波器等。由于激光的出现，电光效应的应用和研究得到了迅速发展，如激光通信、激光测量、激光数据处理等。 一．实验目的 1．掌握晶体电光效应和电光调制的原理和实验方法。 2．观察电光效应所引起的晶体光性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 3．学会用简单的实验装置测量LN（LiNbO3铌酸锂）晶体半波电压。观察电光调制的工作性质。 二．仪器用具 电光效应实验仪，电光调制电源,LN晶体横向电光调制器，接收放大器,He-Ne激光器,二踪示波器和万用表。 三．实验装置与原理 （一）实验装置 （1）电光效应实验仪面板如图所示。 （2）晶体电光调制电源：调制电源由-200V—+200V之间连续可调的直流电源、单一频率振荡器（振荡频率约为1kHz）、音乐片和放大器组成，电源面板上有三位半数字面板表，可显示直流电压值。晶体上加的直流电压的极性可以通过面板上的“极性”键改变，直流电压的大小用“偏压”旋钮调节。调制信号可由机内振荡器或音乐片提供，此调制信号是用装在面板上的“信号选择”键来选择三个信号中的任意一个信

电光调制实验实验报告

电光调制实验实验报告 【实验目的】 1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法 2、学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数 3、观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象 【实验仪器】 铌酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，双踪示波器 【实验内容及步骤】 一、调整光路系统 1、调节三角导轨底角螺丝，使其稳定于调节台上。在导轨上放置好半导体光源部分滑块，将小孔光栏置于导轨上，在整个导轨上拉动滑块，近场远场都保证整个光路基本处于一条直线，即使光束通过小孔。放上起偏振器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，即，使检偏器的主截面与起偏器的主截面垂直，这时光点消失，即所谓的消光状态。 2、将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束（这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射），这时观察晶体前后表面查看光束是否在晶体中

心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射像与半导体的出射光束重合。 3、拿掉四分之一波片，在晶体盒前端插入毛玻璃片，检偏器后放上像屏。光强调到最大，此时晶体偏压为零。这时可观察到晶体的单轴锥光干涉图，即一个清楚的暗字线，它将整个光场分成均匀的四瓣，如果不均匀可调节晶体上的调整架。如图四所示 4、旋转起偏器和检偏器，使其两个相互平行，此时所出现的单轴锥光图与偏振片垂直时是互补的。如图五所示图四图五 6、晶体加上偏压时呈现双轴锥光干涉图，说明单轴晶体在电场作用下变成双轴晶体，即电致双折射。如图六所示 7、改变晶体所加偏压极性，锥光图旋转90度。如图七所示图六图七8 只改变偏压大小时，干涉图形不旋转，只是双曲线分开的距离发生变化。这一现象说明，外加电场只改变感应主轴方向的主折射率的大小、折射率椭球旋转的角度和电场大小无关。 二、依据晶体的透过率曲线(即T-V曲线)，选择工作点。测出半波电压，算出电光系数，并和理论值比较。我们用两种测量方法： 1、极值法晶体上只加直流电压，不加交流信号，并把直流偏压从小到大逐渐改变时，示波器上可看到输出光强出现极小值和极大值。

声光调制实验

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。 光电接收 线阵激光器声光晶体 信号输出（扩展用） 光电信号信号 解调输出解调输出 主控单元 超声载波信号源 激光电源载波频率指示 载波幅度指示 外接调制信号 Y Ⅰ 或音频信号调制信号源接收光强指示 解调波 Y Ⅱ 调制波 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。 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。

1.电光调制

实验十电光调制 一、实验目的： 1.了解电光调制的工作原理及相关特性； 2.掌握电光晶体性能参数的测量方法； 二、实验原理简介： 某些光学介质受到外电场作用时，它的折射率将随着外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，在光学性质上变为各向异性，这就是电光效应。 电光效应有两种，一种是折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例，称为泡克耳斯（Pockels）效应；另一种是折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例，称为克尔（Kerr）效应。利用克尔效应制成的调制器，称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。利用泡克耳斯效应制成的调制器，称为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。泡克耳斯盒又有纵向调制器和横向调制器两种，图1是几种电光调制器的基本结构形式。 图1：几种电光调制器的基本结构形式 a) 克尔盒 b) 纵调的泡克耳斯盒 c) 横调的泡克耳斯盒

当不给克尔盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过P后变为振动方向平行P光轴的平面偏振光。通过克尔盒时不改变振动方向。到达Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡（P、Q分别为起偏器和检偏器，安装时，它们的光轴彼此垂直。），所以Q没有光输出；给克尔盒加以电压时，盒中的介质则因有外电场的作用而具有单轴晶体的光学性质，光轴的方向平行于电场。这时，通过它的平面偏振光则改变其振动方向。所以，经过起偏器P产生的平面偏振光，通过克尔盒后，振动方向就不再与Q光轴垂直，而是在Q光轴方向上有光振动的分量，所以，此时Q就有光输出了。Q的光输出强弱，与盒中的介质性质、几何尺寸、外加电压大小等因素有关。对于结构已确定的克尔盒来说，如果外加电压是周期性变化的，则Q的光输出必然也是周期性变化的。由此即实现了对光的调制。 泡克耳斯盒里所装的是具有泡克耳斯效应的电光晶体，它的自然状态就有单轴晶体的光学性质，安装时，使晶体的光轴平行于入射光线。因此，纵向调制的泡克耳斯盒，电场平行于光轴，横向调制的泡克耳斯盒，电场垂直于光轴。二者比较，横调的两电极间距离短，所需的电压低，而且可采用两块相同的晶体来补偿因温度因素所引起的自然双折射，但横调的泡克耳斯盒的调制效果不如纵调的好，目前这两种形式的器件都很常用。 图2：纵调的泡克耳斯电光调制器 图2为纵调的泡克耳斯电光调制器。在不给泡克耳斯盒加电压时，由于P产生的平面偏振光平行于光轴方向入射于晶体，所以它在晶体中不产生双折射，也不分解为o、e光。当光离开晶体达到Q时，光的振动方向没变，仍平行于M。因M垂直于N，故入射光被Q完全阻挡，Q无光输出。 当给泡克耳斯盒加以电压时，电场会使晶体感应出一个新的光轴OG。OG的方向发生于同电场方向相垂直的平面内。由于这种电感应，便使晶体产生了一个附加的各向异性。使晶体对于振动方向平行于OG和垂直于OG的两种偏振光的折射率不同，因此这两种光在晶体中传播速度也就不同。当它们达到晶体的出射端时，它们之间则存在着一定的相位差。合成后，总光线的振动方向就不再与Q的光轴N垂直，而是在N方向上有分量，因此，这时Q则有光输出。泡克耳斯效应的时间响应也特别快，而且φ与U成线性关系，所以多用泡克耳斯盒来作电光调制器。

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)

电光调制实验实验报告

广东第二师范学院学生实验报告 院（系）名称物理系班 别11物理 本四B 姓名 专业名称物理教育学号 实验课程名称近代物理实验（2） 实验项目名称电光调制实验 实验时间2014年12月 18日实验地点物理楼五楼 实验成绩指导老师签名 内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验 结果与分析、实验心得 【实验目的】 1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法 2. 学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数 3. 观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象 【实验仪器】 铌酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，双踪示波器 【实验内容及步骤】 一、调整光路系统 1. 调节三角导轨底角螺丝，使其稳定于调节台上。在导轨上放置好半导体光源部分滑块，将小孔光栏置于导轨上，在整个导轨上拉动滑块，近场远场都保证整个光路基 本处于一条直线，即使光束通过小孔。 放上起偏振器，使其表面与激光束垂直，且使光束在元件中心穿过。再放上检偏器，使其表面也与激光束垂直，转动检偏器，使其与起偏器正交，即，使检偏器的主 截面与起偏器的主截面垂直，这时光点消失，即所谓的消光状态。 2. 将铌酸锂晶体置于导轨上，调节晶体使其x轴在铅直方向，使其通光表面垂直于激光束（这时晶体的光轴与入射方向平行，呈正入射），这时观察晶体前后表面查看 光束是否在晶体中心，若没有，则精细调节晶体的二维调整架，保证使光束都通过晶体，且从晶体出来的反射像与半导体的出射光束重合。 3. 拿掉四分之一波片，在晶体盒前端插入毛玻璃片，检偏器后放上像屏。光强调到 最大，此时晶体偏压为零。这时可观察到晶体的单轴锥光干涉图，即一个清楚的暗十字线，它将整个光场分成均匀的四瓣，如果不均匀可调节晶体上的调整架。如图四所示 4. 旋转起偏器和检偏器，使其两个相互平行，此时所出现的单轴锥光图与偏振片垂

晶体声光调制实验报告

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（Ranman—nath）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.测量声光器件的衍射效率和带宽； 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所示。 根据相关理论可以证明以下结论： （1）各级衍射角θ满足下列关系： sin??m??0（1） s 其中，λ0为入射激光波长，λs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： Im2?Jm(?)（2）I入 其中，Jm(?)为m阶贝塞尔函数，??

晶体电光调制实验

晶体电光调制与光通信实验 实验人： 合作人: （物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术 2011 级 1 班，学号11343026） 一．实验目的 1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法。 2.学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数的实验方法。 3.观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。 二．实验原理 1.电光效应 当给晶体或液体加上电场后，该晶体或液体的折射率发生变化，这种现象成为电光效应。 电场引起的折射率的变化： +++=2 00bE aE n n 其中a 和b 为常数， 0n 为0E =0时的折射率。 光在各向异性晶体中传播时，因光的传播方向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的 折射率也不同。在主轴坐标中，折射率椭球及其方程为： 1 2 3 22 2 22 1 2 =+ + n z n y n x 式中1n 、2n 、3n 为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。当晶体加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成： 1 222212 213 223 233 2 222 2 211 2 =+ + + + + n xy n xz n yz n z n y n x 晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电光效应两种。纵向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播方向垂直时产生的电光效应，本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应。铌酸锂晶体属于三角晶系，3m 晶类，主轴z 方向有一个三次旋转轴，光轴与z 轴重合，是单轴晶体，折射率椭球是旋转椭球，其表达式为 1 22 20 2 2=+ +e n z n y x 加上电场后折射率椭球发生畸变，当x 轴方向加电场，光沿z 轴方向传播时，晶体由单轴晶变为双轴晶，垂直于光轴z 轴方向的折射率椭球截面由圆变为椭圆，此椭圆方程为 1 2)1 ( )1 ( 222 2220 2 2220 =-++-xy E y E n x E n x x x γγγ 2.电光调制原理

声光调制实验装置说明书

声光调制实验 一、用途 声光调制是高等院校实验教学仪器，主要用于现代物理实验、光学实验和声光调制实验。将调制电压加载到光波上的技术叫光调制技术。利用声光效应实现的调制叫声光调制。60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论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。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料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 二、结构 本仪器由可调半导体激光器做光源，声光晶体盒、声光调制电源箱及滑座和旋转平台等组成。见下图： 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

三、技术参数 (1)声光调制器声光介质：钼酸铅晶体 换能器介质：铌酸锂晶体 通光口径：1mm 中心频率：80MHz 衍射效率：〉70% (2)激光光源半导体激光电源 (3)激光波长 650nm (4)光功率输出 0～可调 (5)交流电源 AC220v 22v 50Hz (6)环境温度 0～40℃ 四、主要功能特点及实验项目 1、观察声光调制的衍射现象 调节激光束的亮度，使在相屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0级光斑； 打开声光调制电压，此时以80MHz为中心频率的超声波开始对声光晶体进行调制； 微调载物平台上声光调制器的转向，以改变声光调制器的光束入射角，即可出现因声光调制而出现的衍射光斑； 仔细调节光束对声光调制器的角度，当+1级（或者－1级）衍射光最强时，声光调制器即运转在布拉格条件下的偏转状态。 注：布拉格衍射一级衍射达到极值的条件是：1)控制电压为一特定的值；2)入射激光必须以特定的角度布拉格角α入射。 2、观察交流信号调制特性

声光调制实验讲义

声光调制实验讲义 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现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论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料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 一.实验目的 1、了解声光器件工作原理。 2、掌握声光相互作用原理。 3、观察布拉格衍射现象。 4、研究声光调制和声光偏转的特性。 二.实验原理 （一）激光调制技术的发展 激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似，可以用来作为传递信息的载波。激光具有很高的频率（约1013~1015Hz）可供利用的频带很宽，故传递信息的容量大。再有，光具有极短的波长和极快的传递速度，加上光波的独立传播特性，可以借助光学系统，把一个面上的二维信息以很高的分辨率瞬间传递到另一个面上，为二维并行光学信息处理提供条件。所以激光是

传递信息（包括语言、文字、图象、符号等）的一种很理想的光源。 要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上的问题，例如激光电话，就需要将语言信息加在于激光，由激光“携带”信息通过一定的传输通道（大气、光纤等）送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息，从而完成通话的目的。这种将信息加载于激光的过程称之为调制，完成这一过程的装置成为调制器。其中激光成为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。 激光光波的电场强度是e c=A c cos(ωc t+фc)，式中，A c为振幅，ωc为角频率，фc为相位角。既然激光具有振幅、频率、相位、强度、偏振等参量，如果能够利用某种物理方法改变光波的某一参量，使其按调制信号的规律变化，那么激光就受到了信号的调制，达到“运载”信息的目的。实现激光调制的方法很多，根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制两种。内调制是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。例如，注入式半导体激光器是用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制（这种方式也称为直接调制）。还有一种内调制方式是在激光谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改变激光器输出特性。内调制主要用在光通信的注入式半导体光源中。外调制是指激光形成之后，在激光器外的电路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。由于外调制的调整方便，而且对激光器没有影响，同时外调制方式不受半导体器件工作速率的限制，故它比内调制的调制速率高（约高一个数量级），调制带宽要宽得多，所以在未来的高速率、大容量的光通信激光信息处理应用中，更受人们的重视。 激光调制技术为光通信、光信息处理等应用提供了很好的信息载波源，随着各种调制技术的发展，特别是近十几年来，国内外对空间光调制器的研究和发展，大大推动了光通信、实时光信息处理、光计算、光存储等应用技术的迅猛发展。 （二）声光调制的物理基础 1，弹光效应

晶体声光效应实验

实验25晶体声光效应实验 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.观察拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射现象； 3.利用声光效应测量声波在介质中的传播速度； 4.测量声光器件的衍射效率和带宽； 5.了解声光效应的通信技术中的应用。 二、实验仪器 [LOSG-Ⅱ型晶体声光效应实验系统] LOSG-Ⅱ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。光路部分包括半导体激光器，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源，脉冲方波产生器，光电池、光功率计，脉冲信号解调器，频率计等。实验时，需另配双踪示波器。 主要部件的技术指标： 1．半导体激光器：波长635 nm，功率5 mw。 2.声光器件：工作波长633 nm，中心频率100MHz±0.5 MHz，衍射效率≥80%，脉冲重复频率≥1 MHz。 3．高频超声信号源： 工作频率80.0—120.0 MHz，步进1.0 MHz可调。输出功率≤700 mw可调；

4．脉冲方波产生器：工作频率581～4460 Hz 分40挡可调。 三、 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0 2 2λλs l ≤，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所示。 根据相关理论可以证明以下结论： （1）各级衍射角θ满足下列关系： s m λλθ0sin ?±= （1） 其中，λ0为入射激光波长，λs 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： )(2νm m J I I =入 （2） 其中，)(νm J 为m 阶贝塞尔函数，L μλπν0 2=。因为)()(22ννm m J J -=，所以零级极值两侧的光强是对称分布的。 （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s m ωω±0。

3晶体的电光效应与电光调制_实验报告

晶体的电光效应与光电调制 实验目的： 1) 研究铌酸锂晶体的横向电光效应，观察锥光干涉图样，测量半波电压； 2) 学习电光调制的原理和试验方法，掌握调试技能； 3) 了解利用电光调制模拟音频通信的一种实验方法。 实验仪器： 1) 晶体电光调制电源 2) 调制器 3) 接收放大器 实验原理简述： 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将随着外加电场的变化而变化，这种现象称为光电效应。晶体外加电场后，如果折射率变化与外加电场的一次方成正比，则称为一次电光效应，如果折射率变化与外加电场的二次方成正比，则称为二次电光效应。晶体的一次光电效应分为纵向电光效应和横向电光效应 1、 电光调制原理 1) 横向光电调制 如图 入射光经过起偏器后变为振动方向平行于x 轴的线偏振光，他在晶体感应轴x ’,y’上的投影的振幅和相位均相等，分别设为 wt A e x cos 0'=wt A e y cos 0'= 用复振幅表示，将位于晶体表面（z=0）的光波表示为A E x =)0('A E y =)0(' 所以入射光的强度为22 '2 '2)0()0(A E E E E I y x i =+=?∝ 当光通过长为l 的电光晶体后，x’,y’两分量之间产生相位差A l E x =)('δi y Ae l E -=)(' 通过检偏器出射的光，是这两个分量在y 轴上的投影之和

() 12 45cos )()('0-= ?=-δ δi i y y e A e l E E 其对应的输出光强I t 可写为()()[] 2 sin 2*2200δ A E E I y y t =?∝ 由以上可知光强透过率为2 sin 2δ==i t I I T 相位差的表达式()d l V r n l n n y x 223 0'' 22λ π λ π δ= -= 当相位差为π时?? ? ??= l d r n V n 223 02λ 由以上各式可将透过率改写为()wt V V V V V T m sin 2sin 2sin 02 2 +==π π π π可以看出改变V0或 Vm ，输出特性将相应变化。 1) 改变直流电压对输出特性的影响 把V0=Vπ/2带入上式可得 ()?? ???? ???? ??+=+==wt V V wt V V V V V T m m sin sin 121sin 2sin 2sin 02 2 πππππ π 做近似计算得?? ???????? ??+≈ wt V V T m sin 121ππ 即T ∝Vmsinwt 时，调制器的输出波形和调制信号的波形频率相同，即线性调制 如果Vm ＞Vπ，不满足小信号调制的要求，所以不能近似计算，此时展开为贝塞尔函数，即输出的光束中除了包含交流信号的基波外，还有含有奇次谐波。由于调制信号幅度比较大，奇次波不能忽略，这时，虽然工作点在线性区域，但输出波形依然会失真。

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： 一、实验目的和任务 1、观察声光调制的偏转现象 2、测试声光调制的幅度特性 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、测量声光调制器的衍射效率 7、测量超声波的波速 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1所示为声光调制原理图。 声光介质 衍射光 入射光 换能器图1 声光调制原理 声波 θiθdθB 图2 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） i θ满足以下条件时，衍射光最强。 ..

.. ??? ? ??=??? ??=??? ?????? ??=s s i N k K N N λλπλλπθ2242sin （1） 式中N 为衍射光的级数，λ、k 分别为入射光的波长和波数λ π 2=k ，s λ与K 分别为超声 波的波长和波数s K λπ 2= 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）的布拉格区。 满足布拉格衍射的条件是： s F Sin υλθ2= B （2） （式中F 与s υ分别为超声波的频率与速度，λ为光波的波长） 当满足入射角i θ较小，且 B i θθ=的布拉格衍射条件下，由（1）式可知，此时k K B 2≈θ ，并有最强的正一级（或负一级）的衍射光呈现。 入射（掠射）角i θ与衍射角B θ之和称为偏转角d θ（参见图1），由（2）式： s s B B i d F k K V 2λλλθθθθ=== =+= （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： d s F θλ =V （4） 四、实验步骤 1、观察声光调制的偏转现象 （1） 调节激光束的亮度，使在像屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0 级光斑。

标准实验报告1-声光效应

标准实验报告（实验）课程名称大学物理实验

实验报告 学生姓名：学号：指导教师： 实验地点：实验时间： 一、实验室名称：声光效应实验室 二、实验项目名称：声光效应 三、实验学时： 四、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的变化，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。有超声波传播着的介质如同一个相位光栅。 声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。在各向同性介质中，声-光相互作用不导致入射光偏振状态的变化，产生正常声光效应。在各向异性介质中，声-光相互作用可能导致入射光偏振状态的变化，产生反常声光效应。反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤光器的物理基础。正常声光效应可用喇曼-纳斯的光栅假设作出解释，而反常声光效应不能用光栅假设作出说明。在非线性光学中，利用参量相互作用理论，可建立起声-光相互作用的统一理论，并且运用动量匹配和失配等概念对正常和反常声光效应都可作出解释。本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。 设声光介质中的超声行波是沿у方向传播的平面纵波，其角频率为w s，波长为λs，波矢为k s。入射光为沿х方向传播的平面波，其角频率为w，在介质中的波长为λ，波矢为k。介质内的弹性应变也以行波形式随声波一起传播。由于光速大约是声波的105倍，在光波通过的时间内介质在空间上的周期变化可看成是固定的。

()PS n 2 1? ()y k t S S s s -=ωsin 0()() y k t n n t y n s s -?+=ωsin ,0()() y k t y k t nL k L n k s s s s -Φ+?Φ=-?+=ωδωsin sin 0000 由于应变而引起的介质折射率的变化由下式决定 （1） 式中，n 为介质折射率，S 为应变，P 为光弹系数。通常，P 和S 为二阶张量。当声波在各向同性介质中传播时，P 和S 可作为标量处理，如前所述，应变也以行波形式传播，所以可写成 （2） 当应变较小时，折射率作为y 和t 的函数可写作 （3） 式中，n 0为无超声波时的介质折射率，△n 为声波折射率变化的幅值，由（1）式可求出 设光束垂直入射（k ⊥k S ）并通过厚度为L 的介质，则前后两点的相位差为 （4） 式中，k 0为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项△ф0为不存在超声波时光波在介质前后二点的相位差，第二项为超声波引起的附加相位差（相位调制），δф = k 0△n L 。可见，当平面光波入射在介质的前界面上时，超声波使出射光波的波阵面变为周期变化的皱折波面，从而改变了出射光的传播特征，使光产生衍射。 3 21PS n n -=?()L t y n k ,0=?Φ 图9：声光衍射

声光调制实验

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、实验目的和任务 1、观察声光调制的偏转现象 2、测试声光调制的幅度特性 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、测量声光调制器的衍射效率 7、测量超声波的波速 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 成绩

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1所示为声光调制原理图。 射频信号 图1 声光调制原理 图2 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）i θ满足以下条件时，衍射光最强。 ??? ? ??=??? ??=??? ?????? ??=s s i N k K N N λλπλλ π θ2242sin （1） 式中N 为衍射光的级数，λ、k 分别为入射光的波长和波数λ π 2=k ，s λ与K 分别为超声 波的波长和波数s K λπ 2= 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）的布拉格区。 满足布拉格衍射的条件是：