物理光学基础实验指导书声光调制器实验和电光调制器实验.doc
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1、物理光学实验报告 学院:信息与通信工程学院 班级: 学号: 姓名: 日期:2012年5月3日实验一 声光调制器一、实验目的1、掌握声光调制器的工作原理和使用方法。2、巩固书上所学的关于声光调制器的应用原理、范围。二、实验仪器1、声光调制器实验仪 1台2、半导体激光器或He-Ne激光器 1台35V、24V直流电源 各1台4 单踪5MHz示波器 1台三、实验原理和电路说明 声光调制器实验仪由线性声光调制器及驱动电源两部分组成。驱动电源产生150MHZ频率的射频功率信号加入线性声光调制器,压电换能器将射频功率信号转变为超声信号,当激光束以布拉格角度通过时,由于声光互作用效应,激光束发生衍射(如图1所
2、示)。外加文字和图像信号以0.55.5V电平输入驱动电源的调制接口“输入”端,衍射光光强将随此信号变化,从而达到控制激光输出特性的目的,如图2所示。 线性声光调制器由声光介质(钼酸铅晶体)和压电换能器(铌酸锂晶体)、阻抗匹配网络组成。声光介质两通光面镀有0.6328 um(或者其他)光波长的光学增透膜。整个器件由铝制外壳安装。驱动电源由振荡器、转换电路、锯齿波电路、线形电压放大电路、功率放大电路组成。驱动电源的工作电压:15V (黑正、白负、包线为地,注意!) ; 外输入调制信号由“输入”端输入 (控制开关拨向“ 调制 ” ) ,直流工作电压范围为:0.55.5V ; 衍射效率大小由工作电压大
3、小决定。“ 输出端 ” 输出驱动功率,用高频电缆线与声光器件相联后, 驱动电源的输入电源才接通15V电源。 驱动电源的外形图,如图4所示。驱动电源入射光压电换能器一级衍射光零级光 图1 布拉格衍射原理图 图2 衍射光光强将随此信号变化情况五、实验内容与步骤1、显示声光调制波形,观察声光调制偏转现象 2、测试声光调制幅度特性 3、显示入射光与衍射光的能量分布4、测试声光频率偏转特性 5、测试声光调制衍射效率、带宽等参数 6、测量超声波在介质中的声速 7、模拟声光调制的光通讯实验研究与演示 五、实验报告1、整理实验数据,画出相应的数据表格和波形图。(1)实验数据表载波电压(V)0.531.011.
4、512.022.523.02接收光强(V)1.023.295.465.645.745.85载波电压(V)3.514.004.515.005.52接收光强(V)5.966.066.076.076.09(2)声光调制幅度特性图 图3 载波电压与接收光强2、线性声光调制器由哪些部分组成?各部分的作用是什么?线性声光调制器是由声光介质和换能器组成。换能器:当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时,换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质。声光介质:当超声波传入声光介质时,在介质内形成折射率变化,光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射。 3、声光频率偏转特性: 频率 衍射光斑 减小 稠
5、密 增大 稀疏4、入射光与衍射光的能量分布A=B+C (注:A为入射光,B为衍射光0级光,C为衍射光1级光)5、测试声光调制衍射效率 =I1/I0=5.56/6.06=91.7%(I1为1级光, I0为0级光)6、实验心得体会通过本次声光调制器实验的过程,我明白了声光效应的基本原理以及其基本的现象和一些简单的应用,解开了课上对它的疑惑,从现实中真正地看见了这些神奇的现象,亲身经历了整个过程。在课上的学习中,我知道了声光效应的定义,即当光通过有超声波作用的介质时,相位就要受到调制,其结果如同它通过一个衍射光栅,光栅间距等于声波波长,光束通过这个光栅时就要产生衍射,这就是通常观察到的声光效应。根据
6、对这个定义的初步理解,和课上一些基本理论的学习,其实主要是在老师的讲解带领下,我们集体完成了这个实验。起初,在老师的指导下,我们连接好电路,开始调节光斑,使其通过设备之后在接收面上得到的光强最集中,在调节的过程中我们发现,逆时针调节载波频率使其变小时,光斑逐渐向内靠近,即角度变小,反之向外散去。当调节到适当参数时,使其稳定,接下来我们逐渐调节载波频率隔0.5V记录一次载波频率的大小和所接收到的光强的大小,载波频率从1.51V变化到5.3 V,期间一共记录了十二组数据,通过对数据的初步处理,画草图,我们大体可看出在中间阶段,载波频率与接收的光强近似成线性关系。后来老师告诉我们关于衍射功率的概念,
7、即1级光与0级光的比值百分数,通过调节,我们使这个这个比值达到最大,此时老师给我们接上音乐,扩音器里竟神奇般的发出了模糊的音乐声,经过反复的调节之后,声音逐渐清晰,欣慰的我们都在聆听着自己操作过的音乐。本次实验虽小,但是对我们的影响颇大,是我们极少数的能亲自参与的成功的实验,真正的将我们的知识运用到了实践中,希望这样的机会能再多一点,让我们更好的理解课本中的知识,而不只是纸上谈兵,学完就忘。实验二 电光调制器一、实验目的1、掌握电光调制器的工作原理和使用方法。2、巩固书上所学的关于电光调制器的应用原理、范围。二、实验仪器1、电光调制器实验仪 1台2、半导体激光器或He-Ne激光器 1台35V、
8、24V直流电源 各1台4 双踪示波器 1台三、实验原理和电路说明 光在晶体中传播的性质可用折射率椭球来描述,电场对光学介质的影响,是电场使介质的折射率椭球主轴方向和大小发生变化。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
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