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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。
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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。
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。
收稿日期:2007-01-24作者简介:杨建荣(1966-),女,江西上饶市人,硕士、副教授,主要从事理论物理和近代物理实验的研究。
声光偏转实验方案存在的问题及改进杨建荣,叶冬连,周 景(上饶师范学院,江西上饶334001) 摘 要:分析了声光效应实验中测量布拉格衍射的声光偏转物理量存在的问题,提出了精确地测量有关量的方法,推导出正确计算偏转角和声速的公式。
关键词:声光效应;偏转角;声速中图分类号:O426.3 文献标识码:A 文章编号:1004-2237(2007)06-0023-031 引言声光效应在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的作用,近几年来,利用声光效应制成的声光器件,为许多激光应用领域所采用[1][2]。
声光效应实验是集声、光和电为一体的综合性实验,对其中的物理量的测量有多种实验装置和方案,但都存在着问题。
由于该实验内容,可扩展的空间较大,是一个可供高年级学生设计的实验,在近代物理实验课或大学物理实验课中,开设声光效应综合设计性实验,对培养提高学生的综合设计应用能力和创新能力,具有重要的意义。
我们的实验装置中的声光器件产生的是正常声光效应,满足布拉格衍射,实验的内容包括声光偏转和声光调制的测量。
声光偏转主要测量衍射光相对于入射光的偏转角与超声波频率的关系,并计算声速。
在测量声光偏转物理量时,发现了已有实验方案存在的问题,对实验方案进行了改进,并提出了新的实验设计方案,使该综合设计性实验的方案更科学,精度更高。
2 存在的问题及实验方案的改进设声光介质中的超声行波是沿у方向传播的平面纵波,其频率为f s ,波长为λs ,波矢为k s ,速度为v s 。
入射光是沿X 方向传播的平面波,在真空中的频率为f 0,波长为λ0;在介质中的波长为λ,波矢为k 。
介质的折射率为n ,厚度为s 。
由于声光作用,产生布拉格衍射,图1为出现0级光和-1级衍射光的情况。
设介质中的一级衍射光和零级光(与X 轴)成i 1角,一级光相对零级光的偏转角为Φ1=∠BAC =2i 1。
声光调制与声光偏转
一、喇曼声光衍射
1．喇曼声光器件
⑴产生喇曼声光衍射，中心频率：40MHZ，He-Ne激光正入射。
⑵工作状态：
a．直流稳压电源 +24V。
*）将正极（+）接在驱动源串芯电容中心，负极（-）接焊片
接上声光器件。
*）驱动电源的RF端Q
o
b．开启直流稳压电源+24V，此时能看到喇曼声光衍射图案。
注意：*）驱动电源开启即为+24V，无需调整；
*）正负极不能接反，否则烧坏声光器件。
⑶调出最佳衍射现象
He-Ne激光正入射在喇曼声光器件上，上、下、左、右调整得最佳衍射现象。
2．实验内容：
⑴观察屏上衍射分布，并记录；
⑵设计光路，按相干光学成像系统，找到清晰的声光栅像，记录调整步骤及声光栅象；
⑶在频谱面（透镜焦面上）测量各谱点的分布，求出相应级次的衍射角及相对强度，求出声波波长（光栅栅距）。
二、布喇格声光衍射
1．布喇格声光器件
⑴产生布喇格声光衍射，中心频率：100MHZ
⑵工作状态：
a．直流稳压电源电压调至+24V与0～5V，（在双路直流稳压电源上）。
b．+24V电压接在声光驱动源（线性调制声光调制器）正极串芯电容中心，负极
处。
c．+5V负极电源可与+24V负极相连接，接入0～5V Q
o
d．检查连接无误后，开启电源。
注意：*）电源电压不得超过24V，线性电压不得超过+5V。
*）电源开启前必须接上声光器件。
2．实验内容：
⑴．声光调制
①接好驱动源，直流稳压电源后，开启电源，上、下、左、右调整，使出现布
喇格衍射，以Q布入射时，0级或1级光最强。
②调节0～5V电源，随着电压从0逐渐升高，声光衍射的1级光强也随之增高，
测量输出光强与升加电压的关系曲线，完成光强调制特性测试。
⑵声光偏转
③声光偏转特性
*）关闭直流稳压电源开关，用宽带高频放大器换下线性调制器。
a）将直流稳压电源电压调到+24V上，+24V电压正极接在串芯电容中心，负极接
b．宽带高频放大器输出端RF接在布喇格声光器件上或带负载上，将高频信号发生器输出端接在宽带高频放大器输入端上。
c．调整高频信号发生器频率旋钮，改变频率（40MHZ～140MHZ），观察随频率变化，布喇格衍射光点衍射角的变化，再在所要求的范围内（40MHZ～140MHZ）选取10～15个频率值测量衍射角，并绘制其变化曲线。
d.小信号发生器有扫描信号输入放大器时，在宽频范围内会出现扫描光点，扫描信号的幅度大小要能推动宽带高频放大器才会有所需效果，达到随扫描频率实现偏转的目的。
