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。因此，若能合理选择参数，并使超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到+1 级（或-1 级）衍射极值。因而光束能量可以得到充分利用，所以，利用布拉格衍射效应制成的声光器件可以获得较高的效率。

（2）、拉曼—纳斯衍射

当超声频率较低，光波平行于声波面入射（即垂直于声场传播方向），声光互作用长度较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看做为相对静止的“平面相位光栅”，产生拉曼—纳斯衍射。由于声速比光速小得多，而且声波长比光波长大得多，当光波平行通过介质时，几乎不通过声波面，因此只受到相位调制，即通过光密（折射率大）部分的光波波阵面将推迟，而通过光疏（折射率小）部分的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凹凸现象，变成一个折皱曲面。由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，这就是拉曼—纳斯衍射。

四.实验内容及注意事项

1.观察声光调制的衍射现象

（1）调节激光束亮度，使在相屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0级光斑；

（2）打开声光调制电压，此时以80MHz为中心频率的超声波开始对声光晶体进行调制；

（3）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；

（4）仔细调节光束对声光调制器的角度，当+1级或-1级衍射光最强时，声光调制器即运转在布拉格条件下的偏转状态。

注：控制电压为一定值；入射激光必须以特定的布拉格角度入射。

2.观察交流信号调制特性

打开信号发生器，输入交流的正弦波信号。加载器把直流偏压器和信号发生器的交流电压叠加在一起输出到线性声光调制器上，在示波器可以看到被调制的激光的正弦波，测出示波器信号波的相对幅度。

3.声光调制与光通讯演示

在驱动源输入端加入外调制信号（如音频信号），则衍射光强将随次信号变化，从而达到控制激光输出特性的目的。

4.计算声光调制偏转角

定义一级光和0级光间的距离为d，声光调制器到接受孔之间的距离为L，由于L》d,即可求出声光调制的偏转角=d/L。

注意事项;

1.调整光电探测器的高度，使得激光束落在光电探测器中心。

2.将声光调制器的通过孔置于载物平台的中心位置，调整好高度，使得激光束刚好通过小孔。

3.做实验时应注意光强从弱到强，避免刚开始激光过强。

4.注意布拉格衍射必须以一定的角度入射，注意调节偏转器及后来微调激光器。

五.思考题

1.声光器件在实际中有何广泛应用?

2.声光器件相比较其他同类型产品有什么优势?