聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)

聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饴暪庑?yīng)的原理。了解喇曼一納斯衍射和布喇格衍射的實(shí)驗(yàn)條件和特點(diǎn)。測(cè)量聲光偏轉(zhuǎn)和聲光調(diào)制曲線以及聲速的計(jì)算。二、實(shí)驗(yàn)儀器SGT-1型聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀SGT-1型聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀三、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)聲波在某些介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)隨時(shí)間和空間的周期性的彈性應(yīng)變，造成介質(zhì)密度（或光折射率）的周期性變化。介質(zhì)隨超聲應(yīng)變與折射率變化的這一特性，可使光在介質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生衍射，從而產(chǎn)生聲光效應(yīng)；存在于超聲波中的此類介質(zhì)可視為一種有聲波形成的位相光柵（稱為聲光柵），其光柵的柵距（光柵常數(shù)）以為聲波波長(zhǎng)。當(dāng)一束平行光束通過(guò)聲光介質(zhì)時(shí)，光波就會(huì)被該光柵所衍射而改變光的傳播方向，并使光強(qiáng)在空間做重新分布。聲光器件由聲光介質(zhì)和換能器兩部分組成。前者常用的有鉬酸鉛（PM）、氧化銻等，后者為有射頻壓電換能器組成的超聲波發(fā)生器。理論分析指出，當(dāng)入射角（入射光與超聲波面間的夾角）。滿足一下條件，衍射最強(qiáng)。(K\——=N12k)(2n\sin0=N(K\——=N12k)s)式中N為衍射光的級(jí)數(shù)，入,k分別為入射光的波長(zhǎng)和波數(shù)k=2n/入，入s,與K分別為超聲波的波長(zhǎng)和波數(shù)K=2n/入s聲光衍射主要分為布拉格衍射和喇曼-奈斯衍射兩種。前者通常聲頻較高，聲光作用程較長(zhǎng)；后者則反之。由于布拉格衍射效率較高，故一般聲光器件主要工作在僅出現(xiàn)一級(jí)光（N=1）的布拉格區(qū)。滿足布拉格衍射條件是：sin0Bsin0B入F2v(2)（式中的F和Vs分別為超聲波的頻率與速度，入為光波的波長(zhǎng)）當(dāng)滿足入射角。較小，且。=0B的布拉格衍射條件下，由（1）式可知，此時(shí)0BeK/2k，并有最強(qiáng)的正一級(jí)（或負(fù)一級(jí)）的衍射光呈現(xiàn)。入射角。與衍射角°3之和稱為偏轉(zhuǎn)角C，由（2）式：9^=9+9B=29B=K=J=fVs s由此可見(jiàn)，當(dāng)聲波頻率F改變時(shí)，衍射光的方向亦將隨之線性地改變。F人同時(shí)由此也可求超聲波在介質(zhì)中的傳播速度；V=-7-s9d式中，F(xiàn)為超聲波頻率（實(shí)驗(yàn)中為80MHz等），入為激光波長(zhǎng)（實(shí)驗(yàn)中激光波長(zhǎng)入=650nm）,9d為偏轉(zhuǎn)角，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。因此，只要測(cè)出偏轉(zhuǎn)角9』就可以計(jì)算出聲速Vs。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備;光路調(diào)節(jié)2、 觀察聲光調(diào)制的衍射現(xiàn)象調(diào)節(jié)激光束的亮度，使在接收屏上有清晰的光點(diǎn)呈現(xiàn)；打開(kāi)聲光調(diào)制電壓至最大，此時(shí)以80MHz為中心頻率的超聲波開(kāi)始對(duì)聲光晶體進(jìn)行調(diào)制；微調(diào)載物平臺(tái)上聲光調(diào)制器的轉(zhuǎn)向，以改變聲光調(diào)制器的光束入射角，即可出現(xiàn)因聲光調(diào)制而出現(xiàn)的衍射光斑；仔細(xì)調(diào)節(jié)光束對(duì)聲光調(diào)制器的角度，當(dāng)+1級(jí)（或者一1級(jí)）衍射光最強(qiáng)時(shí)，聲光調(diào)制器運(yùn)轉(zhuǎn)在布拉格衍射條件下；此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)小孔光纜的橫向微調(diào)旋鈕時(shí)光強(qiáng)較強(qiáng)的+1或-1級(jí)衍射光通過(guò)小?？坠怅@，調(diào)節(jié)光電探測(cè)器的橫向微調(diào)旋鈕，使衍射光落在光電探測(cè)器的中心，以便達(dá)到最佳接收效果。注：布拉格衍射一級(jí)衍射達(dá)到極值的條件是：1）控制電壓為一特定的值；2）入射激光必須以特定的角度布拉格角。入射。3、 用CCD測(cè)試聲光調(diào)制中的偏轉(zhuǎn)角9d=L d=14.33<6|dmm4、 聲速的計(jì)算d T7FX得到d和L后，通過(guò)計(jì)9d=L算出偏轉(zhuǎn)角，代入式站=礦中可以計(jì)算出超聲波在晶d體中傳播的速度Vs。5、 測(cè)量偏轉(zhuǎn)角與載波頻率之間的關(guān)系改變載波頻率，0級(jí)光斑與1級(jí)光斑之間的距離也隨之而改變，這樣可以測(cè)出偏轉(zhuǎn)角與載波頻率之間的關(guān)系，畫(huà)出偏轉(zhuǎn)角---調(diào)制頻率的關(guān)系曲線（9d?F）。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1、波速計(jì)算測(cè)得：L=860mm-480mm=380mm△d=380.0usD=1160us得d=14.336x^~mm=14.336x^^us-4.70mmD 1160usd470mm9d=L=^80——=0.01236寸 FX80x106Hzx650nm/V=—=s9d2、偏轉(zhuǎn)角 =4207m/s0.01236——調(diào)制頻率的曲線關(guān)系D=1150usL=380mm1 2 3 4 5 6F=(Hz)58.6 70.87 76.05 80 89.96 100.65△d=(us)280 330 350 370 430 470d=3.4905044.1138