《物理光學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、物理光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)一 聲光調(diào)制器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握聲光調(diào)制器的工作原理和使用方法。2、鞏固書(shū)上所學(xué)的關(guān)于聲光調(diào)制器的應(yīng)用原理、范圍。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、聲光調(diào)制器實(shí)驗(yàn)儀 1臺(tái)2、半導(dǎo)體激光器或He-Ne激光器 1臺(tái)35V、24V直流電源 各1臺(tái)4 單蹤5MHz示波器 1臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理和電路說(shuō)明 聲光調(diào)制器實(shí)驗(yàn)儀由線性聲光調(diào)制器及驅(qū)動(dòng)電源兩部分組成。驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生150MHZ頻率的射頻功率信號(hào)加入線性聲光調(diào)制器，壓電換能器將射頻功率信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌曅盘?hào)，當(dāng)激光束以布拉格角度通過(guò)時(shí)，由于聲光互作用效應(yīng)，激光束發(fā)生衍射（如圖1所示）。外加文字和圖像信號(hào)以0.55.5V電平輸入驅(qū)動(dòng)電源的調(diào)制接口“輸

2、入”端，衍射光光強(qiáng)將隨此信號(hào)變化，從而達(dá)到控制激光輸出特性的目的，如圖2所示。 線性聲光調(diào)制器由聲光介質(zhì)（鉬酸鉛晶體）和壓電換能器（鈮酸鋰晶體）、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)組成。聲光介質(zhì)兩通光面鍍有0.6328 um（或者其他）光波長(zhǎng)的光學(xué)增透膜。整個(gè)器件由鋁制外殼安裝。驅(qū)動(dòng)電源由振蕩器、轉(zhuǎn)換電路、鋸齒波電路、線形電壓放大電路、功率放大電路組成。驅(qū)動(dòng)電源的工作電壓:15V (黑正、白負(fù)、包線為地，注意！) ; 外輸入調(diào)制信號(hào)由“輸入”端輸入 (控制開(kāi)關(guān)撥向“ 調(diào)制 ” ) ，直流工作電壓范圍為：0.55.5V ; 衍射效率大小由工作電壓大小決定?！?輸出端 ” 輸出驅(qū)動(dòng)功率,用高頻電纜線與聲光器件相聯(lián)后，

3、驅(qū)動(dòng)電源的輸入電源才接通15V電源。 驅(qū)動(dòng)電源的外形圖，如圖4所示。驅(qū)動(dòng)電源入射光壓電換能器一級(jí)衍射光零級(jí)光 圖1 布拉格衍射原理圖 圖2 衍射光光強(qiáng)將隨此信號(hào)變化情況五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、顯示聲光調(diào)制波形，觀察聲光調(diào)制偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象 2、測(cè)試聲光調(diào)制幅度特性 3、顯示入射光與衍射光的能量分布 4、測(cè)試聲光頻率偏轉(zhuǎn)特性 5、測(cè)試聲光調(diào)制衍射效率、帶寬等參數(shù) 6、測(cè)量超聲波在介質(zhì)中的聲速 7、模擬聲光調(diào)制的光通訊實(shí)驗(yàn)研究與演示 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格和波形圖。2、線性聲光調(diào)制器由哪些部分組成？各部分的作用是什么？六、注意事項(xiàng)為了確保聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，保障人身安全，避免設(shè)

4、備損壞，并且達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，要求?shí)驗(yàn)人員必須嚴(yán)格遵守下述實(shí)驗(yàn)規(guī)則及注意事項(xiàng)，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下有秩序、按步驟的進(jìn)行。1、 在實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)人員必須閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中所要求的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備內(nèi)容，并閱讀必要的參考資料。明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，了解?shí)驗(yàn)內(nèi)容的詳細(xì)步驟，達(dá)到要求后方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照指導(dǎo)教師制定的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不得自行隨意進(jìn)行，否則可能會(huì)損壞實(shí)驗(yàn)儀，造成嚴(yán)重后果。3、 要愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器和示波器、計(jì)算機(jī)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不允許將其它不相關(guān)的儀器在未經(jīng)許可的情況下與實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行連接。4、 所有與本實(shí)驗(yàn)儀相關(guān)的線纜如電源線、示波器地線、計(jì)算機(jī)并行接口數(shù)據(jù)連接線等必須在斷電的情況下連接良好，嚴(yán)

5、禁帶電插拔所有線纜。5、 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)集中精力，認(rèn)真實(shí)驗(yàn)；遇到問(wèn)題時(shí)，應(yīng)找指導(dǎo)教師解決；不許自作主張。6、 所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)當(dāng)在確定所有地線良好連接后方可開(kāi)機(jī)上電。7、 一旦發(fā)生意外事故或者實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即切斷實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源，并如實(shí)向指導(dǎo)教師匯報(bào)情況。故障排除之后方可繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二 電光調(diào)制器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電光調(diào)制器的工作原理和使用方法。2、鞏固書(shū)上所學(xué)的關(guān)于電光調(diào)制器的應(yīng)用原理、范圍。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、電光調(diào)制器實(shí)驗(yàn)儀 1臺(tái)2、半導(dǎo)體激光器或He-Ne激光器 1臺(tái)35V、24V直流電源 各1臺(tái)4 雙蹤示波器 1臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理和電路說(shuō)明 光在晶體中傳播的性質(zhì)可用折射率橢球來(lái)描述，電場(chǎng)

6、對(duì)光學(xué)介質(zhì)的影響，是電場(chǎng)使介質(zhì)的折射率橢球主軸方向和大小發(fā)生變化。當(dāng)不給克爾盒加電壓時(shí)，盒中的介質(zhì)是透明的，各向同性的非偏振光經(jīng)過(guò)P后變?yōu)檎駝?dòng)方向平行P光軸的平面偏振光。通過(guò)克爾盒時(shí)不改變振動(dòng)方向。到達(dá)Q時(shí)，因光的振動(dòng)方向垂直于Q光軸而被阻擋（P、Q分別為起偏器和檢偏器，安裝時(shí)，它們的光軸彼此垂直。），所以Q沒(méi)有光輸出；給克爾盒加以電壓時(shí)，盒中的介質(zhì)則因有外電場(chǎng)的作用而具有單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，光軸的方向平行于電場(chǎng)。這時(shí)，通過(guò)它的平面偏振光則改變其振動(dòng)方向。所以，經(jīng)過(guò)起偏器P產(chǎn)生的平面偏振光，通過(guò)克爾盒后，振動(dòng)方向就不再與Q光軸垂直，而是在Q光軸方向上有光振動(dòng)的分量，所以，此時(shí)Q就有光輸出了。Q

7、的光輸出強(qiáng)弱，與盒中的介質(zhì)性質(zhì)、幾何尺寸、外加電壓大小等因素有關(guān)。對(duì)于結(jié)構(gòu)已確定的克爾盒來(lái)說(shuō)，如果外加電壓是周期性變化的，則Q的光輸出必然也是周期性變化的。由此即實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的調(diào)制。對(duì)前圖a而言的幾個(gè)量的方位關(guān)系圖 上圖示出幾個(gè)偏振量的方位關(guān)系，其中，光的傳播方向平行于z軸（垂直于屏幕向里）；M和N分別為起偏器P和檢偏器Q的光軸方向，二者彼此垂直；為M與y軸的夾角，為N與y軸的夾角，+/2；外電場(chǎng)使克爾盒中電光介質(zhì)產(chǎn)生的光軸方向平行于x軸；o光垂直于xz面，e光在xz面內(nèi)。 設(shè)自然光經(jīng)過(guò)P后所產(chǎn)生的平面偏振光為EMEsint 由于此光的傳播方向垂直于介質(zhì)光軸，所以，它通過(guò)介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生雙折射。但是，

8、這個(gè)光的o光和e光在介質(zhì)中的折射率不同，而且o光的振動(dòng)方向垂直于主截面（光軸與光線所構(gòu)成的平面），e光的振動(dòng)方向在主截面內(nèi)，所以，o光和e光在介質(zhì)中的傳播速度不同。這兩種光在介質(zhì)的輸入端是同相的，而通過(guò)一定厚度的介質(zhì)達(dá)到輸出端時(shí)，將要有一定的相位差。因此，o光和e光在介質(zhì)輸出端的表達(dá)式為e光，ExlEsintsin o光，EylEsin(t+)cos 式中，下標(biāo)l代表介質(zhì)厚度，代表o、e光通過(guò)厚度為l的介質(zhì)后所產(chǎn)生的相位差。 當(dāng)o、e光達(dá)到Q時(shí)，只有平行于Q光軸N的分量能通過(guò)，垂直于N的分量則被阻擋。所以，通過(guò)Q的光為ExN-ExlsinEyNEylcosENExN+EyNEsin(t+)co

9、scos- sintsinsin可以證明，P與Q的設(shè)置，當(dāng)/4時(shí)輸出最強(qiáng)，此時(shí)上式變?yōu)镋NmEsin(/2)cos(t+/2)Acos(t+/2)式中，AEsin(/2)為通過(guò)檢偏器Q的光振動(dòng)的振幅。 由于發(fā)光強(qiáng)度I正比于振幅的平方，則有IA2E2sin2(/2)此式對(duì)于克爾盒和泡克耳斯盒都適用，其中的隨著盒中介質(zhì)的不同而不同。對(duì)于具有克爾效應(yīng)的介質(zhì)，理論分析指出，o、e光通過(guò)厚度為l的介質(zhì)后，所產(chǎn)生的相位差為 2kl(U/d)2式中，k稱(chēng)為克爾系數(shù)，與介質(zhì)種類(lèi)有關(guān)；U為加到克爾盒兩電極板上的電壓；d為兩電極板間的距離?？梢?jiàn)，克爾盒中與U的平方成線性關(guān)系。 現(xiàn)作如下的討論：1）如果U=0，則=

10、0，I=0。這是不給克爾盒加電壓，Q無(wú)光輸出時(shí)的情形。2）如果 U=d(2kl)-1/2，則，IE2。這是給克爾盒加電壓，而所加的電壓又滿(mǎn)足上式的情形，這時(shí)o、e光的相位差為，Q有最大的光輸出。o、e光相位差等于，相應(yīng)的光程差為/2，即(ne-no)l=/2。這時(shí)克爾盒的作用，相當(dāng)于一個(gè)1/2波片。所以，將滿(mǎn)足這一條件的電壓稱(chēng)為半波電壓，記以U/2或U。3）如果0UU/2，則0，IE2sin2(/2)。這即是介于以上二者之間的情形。Q將因的不同而要阻擋一部分光，Q的光輸出，將是以/2為參量，按正弦平方的規(guī)律變化。 克爾效應(yīng)的時(shí)間響應(yīng)特別快，可跟得上1010Hz的電壓變化，因此可用它來(lái)作高速的電

11、光開(kāi)關(guān)。如果加到克爾盒上的電壓是由其它物理量轉(zhuǎn)換來(lái)的調(diào)制信號(hào)，克爾盒的光輸出就要隨著信號(hào)電壓而變化，這時(shí)克爾盒就是電光調(diào)制器?？藸柡兄兴玫慕橘|(zhì)，多數(shù)都是液體，但也有少數(shù)固體，如鈮酸鉭鉀和鈦酸鋇晶體等。半波電壓一般為數(shù)千伏。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、顯示電光調(diào)制波形，觀察電光調(diào)制現(xiàn)象2、測(cè)試電光晶體的調(diào)制特性曲線3、測(cè)量電光晶體的特征參量4、進(jìn)行電光調(diào)制的光通訊實(shí)驗(yàn)研究與演示5、模擬聲光調(diào)制的光通訊實(shí)驗(yàn)研究與演示 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格和波形圖。2、電光調(diào)制器由哪些部分組成？各部分的作用是什么？六、注意事項(xiàng)為了確保電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，保障人身安全，避免設(shè)備損壞，并且達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，要求?shí)驗(yàn)人員必須嚴(yán)格遵守下述實(shí)驗(yàn)規(guī)則及注意事項(xiàng)，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下有秩序、按步驟的進(jìn)行。8、 在實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)人員必須閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中所要求的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備內(nèi)容，并閱讀必要的參考資料。明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模私鈱?shí)驗(yàn)內(nèi)容的詳細(xì)步驟，達(dá)到要求后方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。9、 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照指導(dǎo)教師制定的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不得自行隨意進(jìn)行，否則可能會(huì)損壞實(shí)驗(yàn)儀，造成嚴(yán)重后果。10、 要愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器和示波器、計(jì)算機(jī)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不允許將其它不相關(guān)的儀器在未經(jīng)許可的情況下與實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行連接。11、 所有與本實(shí)驗(yàn)儀相關(guān)