声光调制实验(通达)
声光调制实验报告
声光调制实验一.实验目的1.理解声光作用和声光调制器的基本原理.2.掌握及调制出布拉格衍射.3.观察交流信号及音频信号调制特性.二.实验仪器可调半导体激光、声光晶体盒、声光调制电源及滑座和旋转平台.三.实验原理1.声光互作用声光互作用效应是当超声波传到声光介质内，声光介质发生形变，导致介质的光学性能产生改变，即介质的折射率发生变化的现象。
在超声波的作用下，声光介质的光学折射率发生空间周期性的变化，相当于介质内形成了一个折射率光栅，当激光通过介质是发生衍射。
声光衍射使光波在通过介质后的光学特性发生改变，即光波的传播方向，强度，相位，频率发生了改变。
2.声光器件的基本原理声光调制的工作原理：声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波的一种物理过程。
调制信号是以信号( 调辐) 形式作用于电- 声换能器上，电- 声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。
分拉曼—纳斯型声光调制器和布拉格声光调制器。
拉曼—纳斯型声光调制器特点：工作声源频率低于 10MHz只限于低频工作，带宽较小。
布拉格声光调制器特点：衍射效率高，调制带宽较宽。
其中调制带宽是声光调制器的一个重要参量，它是衡量能否无畸变地传输信息的一个重要指标，它受布拉格带宽的限制。
对于给定入射角和波长的光波，只有一个确定的频率和波矢的声波才能满足布拉格条件。
当采用有限的发散光束和声波场时，波束的有限角将会扩展，因此，在一个有限的声频范围内才能产生布拉格衍射。
3.拉曼—纳斯衍射和布拉格衍射（1）布拉格衍射当声波频率较高，声波作用长度较大，而且光束与声波波面间以一定的角斜入射时，光波在介质中要穿过多个声波面，故介质具有“体光栅”的性质。
当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0 级和+1 级或（-1 级）（视入射光的方向而定）衍射光，即产生布拉格衍射。
实验 电光 声光调制
实验一电光调制一、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。
声光调制实验
GCS-DSTZ声光调制实验
声光调制实验
用途：
声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
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的应用。
基本原理：
当压电换能器产生的超声波信号在介质中传播时，会在介质中产生周期性应变场，使介质的光学参数（例如折射率）产生周期性的变化，形成体光栅。
当激光束以布拉格角度通过光栅时，衍射光能量相对集中于一级衍射波中，称为布拉格衍射。
当外加文字、图像或其它信号输入换能器驱动电源的调制接口端时，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。
当声－光作用距
离较短时，形成多级衍射光，称拉曼－纳斯衍射。
实验目的：
(1)了解声光效应的原理。
(2)了解拉曼－纳斯衍射和布拉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。
(4)完成模拟通信实验仪器的安装及调试。
知识点：
声光效应、布拉格衍射、体光栅、拉曼－纳斯衍射、声光调制。
原理示意图：
技术指标
主要配置。
声光调制实验(数据处理)
实验1：光偏振性实验
光偏振性实验实验数据表（1）
其中：=,=5.57 下图（1）为上述表（1）测试光强与计算光强的对比图，由图可以很好说明光的偏振光强符合马吕斯定律
图（1）测试光强与计算光强对比图
实验4：声光调制的幅度特性
由数据表可绘制下图：
光强—调制电压关系曲线图
实验7：声光调制频率偏转特性
数据记录与处理表
零级光位置=9.756mm
F为调制频率
为一级光位置
一级光与零级光距离
声光调制偏转角
为衍射光强
偏转角—调制频率关系曲线图
从图中可以看出偏转角—调制频率呈线性关系
由线性回归分析可得：-0.00164+0.000137*F （1）下图为衍射光强与调制频率的关系曲线图
实验8：测量声光调制器的衍射效率
=1.01/3.67=27.5％
实验9：测量超声波的波速
由公式（1）可得
声速：=4744m/s
其中：λ。
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。
电光调制实验(通达)
U U
d 3 2n0 r l
消光比和透射率
由于晶体受材料的缺陷和加工工艺的限制，光束通过晶体时还 会受晶体的吸收和散射，使两振动分量传播方向不完全重合， 出射光截面也就不能重叠起来。 当外加电压U＝0时，透射光强的最小值却不为0；当外加电压U ＝U 时，透射光强的最大值却不为IP，由此需要引入另外两 个特征参量： I max 消光比 M
实验步骤说明
进行光路准直时，为使激光能正射透过晶体，必需反复 对激光、晶体与光电接收孔者加以准直调整。 为获得较好的实验效果，光量宜调节在光强指示表为 0.1(最小)至5.6(最大)的读数范围之内。本实验使用的 晶体根据其绝缘性能最大安全电压约为510V左右，超值 易损坏晶体。 调节过程中应避免激光直射人眼，以免对眼睛造成危害。 加偏压时应从0伏起逐渐缓慢增加至最大值，反极性时 也应先退回到0值后再升压。 作IA~ U曲线时，正、负偏压数据作在同一图上。
电光效应
电光调制的物理基础——电光效应 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率 随外加电场的改变而发生变化的现象称为 电光效应。 本实验使用铌酸理（LiNbO3 ）晶体作电 光介质。
电光调制器的工作原理
X P a Ip ±U La 光输入 光电 电信号输出 检测器 Y A X
Y
激光器
起偏器(P)
2 2
d 其中， U 为半波电压： U 3 2n0 r l
它是一个用以表征电光调制电压对相位差影响的 重要物理量。半波电压U 决定于入射光的波长、晶 体材料和它的几何尺寸。
光强与外加电压的关系
U I A I P sin 2 U
I min
实验一 声光调制实验资料
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。
实验一声光调制实验解析
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。
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数据记录
• 一级衍射光强的最大值为Idmax，取表格里面 最大值当做一级衍射光强的最大值 • 0级衍射光强为I0 • 注意单位：角度rad，光强V • 计算衍射效率 • 计连接 • 2、光路准直，光电接受器外表面须和导轨 垂直 • 3、调到布拉格衍射状态，使出现最强一级 衍射光（记录0级光位置，初始0级光强应 调到5到5.7后再开始测量数据） • 4、声光调制幅度特性测试(Id ～ Um ,载波 幅度越大,一级衍射光越明显) • 5、声光调制频率偏转特性测试（θd ～F ）
k F
s
Vs
• 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： F Vs • d
声光调制实验系统框图
信号输出 （扩展用）
激光器
声光晶体
光电接收 线阵
光电信号 解调输出
信号 解调输出
主控单元 超声载波信号源 载波频率指示 激光电源 载波幅度指示 外接调制信号 或音频信号 调制信号源 接收光强指示 解调波 调制波
数据记录
• 1、声光调制幅度特性(做Id ～ Um 曲线)
载波幅度Um（V） 0 0.5 1 1.5 2 2.5
一级衍射光光强Id
载波幅度Um（V） 3 3.5 4 4.5 5 5.5
一级衍射光光强Id • • • • F=100MHz ，调节θi，直到出现布拉格衍射状态 调制加载打开 Um 为调制信号幅度（峰峰值），示波器上读数 Id为一级衍射光光强，主机上读数，注意单位
数据记录
• 2、声光调制频率偏转特性(做θd～F曲线 ) • 零级光：位置d0= ，光强 I0 = ； • 声光调制器与接收孔间的距离L= 。
载波频率F(MHz)
一级衍射光位置d1 距离d=| d1 - d0 | 偏转角θd≈ d/L 一级衍射光光强Id
80
90
100
110
120
• F=80~120MHz ，调制加载关闭 • “载波频率、幅度调节”功能区按键改变载波频 率
布拉格衍射
F Sin 2 s
• （式中F与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θi较小，且θi= θB的布拉格衍 射条件下，此时有最强的正一级（或负一 级）的衍射光呈现。
偏转角
• 入射（掠射）角θi与衍射角θB之和称为偏转 角θd K
d i B 2 B
声光调制实验
• • • 测量声光效应的幅度特性； 测量声光效应的偏转特性。 相关参数的计算。
声光效应
• 声光效应：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。
声光调制的原理
声波吸收器 衍射光
i
d
B
入射光 声光介质 声波 换能器 射频信号