声光效应实验.doc

SO2000声光效应实验仪

南京浪博科教仪器研究所025-86200631/86200632/[e-mail]
前言
声光效应是指光通过受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。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理想的光源，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的应用。
SO2000声光效应实验仪采用了中心频率高达100MHz的声光器件、100MHz的功率信号源和分辨率达11μm的CCD光强分布测量仪，因此物理现象特别显著，仪器体积小巧，测量结果精确，适合各校实验室用于普通物理、近代物理和演示实验。

第1章硬件组成
一套完整的SO2000声光效应实验仪配有：已安装在转角平台上的100MHz声光器件、半导体激光器、100MHz功率信号源、LM601S线阵CCD光强分布测量仪及光具座导轨等。每个器件都带有Φ10的立杆，可以安插在通用的光具座导轨上的移动座上。在终端，如果用示波器进行实验，则构成了SO2000-MP示波器型声光效应实验仪；如果用计算机进行实验，则构成了SO2000-PC微机型声光效应实验仪（SO2000-PC还需配备USB100计算机数据采集盒及工作软件）。

声光器件（声速v=3632m/s，介质折射率n=2.386）
声光器件的结构示意图如图1所示。它由声光介质、压电换能器和吸声材料组成。
声光器件
转角平台
转角平台旋转手轮
图2：转角平台
吸声材料
声光介质
压电换能器
图1：声光器件的结构
声
波
前进方向
光波前进方向
SHAPE\*MERGEFORMATSHAPE\*MERGEFORMAT
本实验采用的声光器件中的声光介质为钼酸铅，吸声材料的作用是吸收通过介质传播到端面的超声波以建立超声行波。将介质的端面磨成斜面或牛角状，也可达到吸声的作用。压电换能器又称超声发生器，由铌酸锂晶体或其它压电材料制成。它的作用是将电功率转换成声功率，并在声光介质中建立起超声场。压电换能器既是一个机械振动系统，又是一个与功率信号源相联系的电振动系统，或者说是功率信号源的负载。为了获得最佳的电声能量转换效率，换能器的阻抗与信号源的内阻应当匹配。声光器件有一个衍射效率最大的工作频率，此频率称为声光器件的中心频率，记为。对于其它频率的超声波，其衍射效率将降低。规定衍射效率（或衍射光的相对光强）下降3dB（即衍射效率降到最大值的）时两频率间的间隔为声光器件的带宽。
声光器件安装在一个透明塑料盒内，置于转角平台上，见图2。盒上有一Q9头插口，用于和功率信号源的声光插座相连。透明塑料盒两端各开一个小孔，激光分别从这两个孔射入和射出声光器件，不用时用贴纸封住以保护声光器件。旋转转角平台的旋转手轮可以转动转角平台，从而改变激光射入声光器件的角度。

功率信号源
SO2000功率信号源专为声光效应实验配套，输出频率范围为(80~120)MHz，最大输出功率1W。面板上的各输入/输出信号和表头含义如下：
等幅/调幅：做基本的声光衍射实验时，要打在“等幅”位置，否则信号源无输出；做模拟通信实验时，要打在“调幅”位置。
调制：输入信号插座。“等幅/调幅”开关处于“调幅”位置时，此位置接上“模拟通信发送器”，从“调制”端口输入一个TTL电平的数字信号，就可以对声功率进行幅度调制，频率范围0~20kHz。调制波的解调可用光电池加放大电路组成的“光电池盒”来实现。具体方法是：移去CCD光强分布测量仪，安置上“光电池盒”，“光电池盒”再与“模拟通信接收器”相连。将1级衍射光对准“光电池盒”上的小孔，适当调节半导体激光器的功率，就可以用喇叭或示波器还原调制波的信号，进行模拟通信实验。模拟通信收发器的介绍见下文。
声光：输出信号插座。用于连接声光器件，将功率信号源的电信号传入声光器件，经压电换能器转换为声波后注入声光介质。
测频：输出信号插座。接频率计，用于测量功率信号源输出信号的频率。
“频率”旋钮：用于改变功率信号源的输出信号的频率，可调范围(80~120)MHz。逆时针到底是80MHz，顺时针到底是120MHz。
“功率”旋钮：用于调节功率信号源的输出功率，逆时针减小，顺时针变大。面板上的毫安表读数作功率指示用，读数值×10约等于功率毫瓦数。
*使用时，为保证声光器件的安全，不要长时间处于功率最大位置！

CCD光强分布测量仪
测量仪核心是线阵CCD器件。CCD器件是一种可以电扫描的光电二极管列阵，有面阵（二维）和线阵（一