声光调制实验

声光调制实验一、实验目的1. 了解声光效应的原理。2. 了解喇曼纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点。3. 测量声光偏转和声光调制曲线以及声速的计算。二、实验仪器SGT-1型声光效应实验仪三、实验原理当声波在某些介质中传播时，会随时间和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；存在于超声波中的此类介质可视为一种有声波形成的位相光栅（称为声光栅），其光栅的栅距（光栅常数）以为声波波长。当一束平行光束通过声光介质时，光波就会被该光栅所衍射而改变光的传播方向，并使光强在空间做重新分布。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）、氧化锑等，后者为有射频压电换能器组成的超声波发生器。理论分析指出，当入射角（入射光与超声波面间的夹角）满足一下条件，衍射最强。 (1)式中N为衍射光的级数，,k分别为入射光的波长和波数k=2/, s,与K分别为超声波的波长和波数K=2/s声光衍射主要分为布拉格衍射和喇曼-奈斯衍射两种。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。满足布拉格衍射条件是： (2)（式中的F和Vs分别为超声波的频率与速度，为光波的波长）当满足入射角较小，且= 的布拉格衍射条件下，由（1）式可知，此时K/2k，并有最强的正一级（或负一级）的衍射光呈现。入射角与衍射角之和称为偏转角，由（2）式：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。同时由此也可求超声波在介质中的传播速度；式中，F为超声波频率（实验中为80MHz等），为激光波长（实验中激光波长=650nm）, 为偏转角，可以通过实验测试。因此，只要测出偏转角就可以计算出声速Vs。四、实验步骤1、实验前的准备;光路调节2、观察声光调制的衍射现象调节激光束的亮度，使在接收屏上有清晰的光点呈现；打开声光调制电压至最大，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，声光调制器运转在布拉格衍射条件下；此时通过调节小孔光缆的横向微调旋钮时光强较强的+1或-1级衍射光通过小。孔光阑，调节光电探测器的横向微调旋钮，使衍射光落在光电探测器的中心，以便达到最佳接收效果。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入射。3、用CCD测试声光调制中的偏转角 4、声速的计算 得到d 和L后，通过计算出偏转角，代入式中可以计算出超声波在晶体中传播的速度Vs。5、测量偏转角与载波频率之间的关系 改变载波频率，0级光斑与1级光斑之间的距离也随之而改变，这样可以测出偏转角与载波频率之间的关系，画出偏转角-调制频率的关系曲线（F）。五、实验数据分析1、波速计算测得：L=860mm-480mm=380mm =380.0us D=1160us得2、偏转角调制频率的曲线关系D=1150usL=380mm123456F=(Hz)58.670.8776.058089.96100.65d=(us)280330350370430470d=3.4905044.1138094.363