北京邮电大学：《大学物理实验》课程实验讲义（物理电子学）声光效应实验仪

声光效应实验 【实验目的】 1,了解声光效应的原理。 2.了解、观察喇曼一纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点，加深对其概念的理解 3.测量声光器件Brag衍射效率和喇曼一纳斯衍射效率。 4.测量声光器件中心频率和带宽 5.测量声光偏转角与超声波频率间关系，绘制声光偏转曲线，计算介质中声速。 6.测量Bg熙衍射光光强与超声波驱动功率间关系，绘制声光调制曲线 7.模拟激光通讯实验。 【实验原理】 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介 质的折射率也发生相应的变化。当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。有 超声波传播若的介质如同一个相位光栅。 19 b 0 k 图1：声光衍射 声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。在各向同性介质中，声-光相互作用不导致入射光 偏振状态的变化，产生正常声光效应。在各向异性介质中，声一光相互作用可能导致入射光偏振状态的 变化，产生反常声光效应。反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤光器的物理基础。正常声光 效应可用喇曼-纳斯的光栅假设作出解释，而反常声光效应不能用光栅假设作出说明。在非线性光学

声光效应实验 声光效应实验 【实验目的】 1． 了解声光效应的原理。 2． 了解、观察喇曼—纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点, 加深对其概念的理解。 3． 测量声光器件 Bragg 衍射效率和喇曼—纳斯衍射效率。 4． 测量声光器件中心频率和带宽 5． 测量声光偏转角与超声波频率间关系，绘制声光偏转曲线，计算介质中声速。 6． 测量 Bragg 衍射光光强与超声波驱动功率间关系，绘制声光调制曲线 7． 模拟激光通讯实验。 【实验原理】 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介 质的折射率也发生相应的变化。当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。有 超声波传播着的介质如同一个相位光栅。 声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。在各向同性介质中，声-光相互作用不导致入射光 偏振状态的变化，产生正常声光效应。在各向异性介质中，声-光相互作用可能导致入射光偏振状态的 变化，产生反常声光效应。反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤光器的物理基础。正常声光 效应可用喇曼-纳斯的光栅假设作出解释，而反常声光效应不能用光栅假设作出说明。在非线性光学 ks b 2 b 2 L 2 χ y k 0 L 2 θ 图 1：声光衍射 1

中，利用参量相互作用理论，可建立起声一光相互作用的统一理论，并且运用动量匹配和失配等概念对 正常和反常声光效应都可作出解释。本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。 设声光介质中的超声行波是沿y方向传播的平面纵波，其角频率为w,波长为，波矢为k。1射 光为沿x方向传播的平面波，其角频率为”，在介质中的波长为方，波矢为k。介质内的弹性应变也以行 波形式随声波一起传播。由于光速大约是声波的10倍，在光波通过的时间内介质在空间上的周期变化 可看成是固定的。 由于应变而引起的介质折射率的变化由下式决定 A)-PS (1) 式中，n为介质折射率，S为应变，P为光弹系数。通常，P和S为二阶张量。当声波在各向同性介质中 传播时，P和S可作为标量处理，如前所述，应变也以行波形式传播，所以可写成 S=S.sin(@,t-k,y) (2) 当应变较小时，折射率作为y和1的函数可写作 n(y,t)=n+Ansin(o,t-k,y) (3) 式中，%为无超声波时的介质折射率，△n为声波折射率变化的幅值，由(1)式可求出 An=-n'PSo 设光束垂直入射(kLk)并通过厚度为L的介质，则前后两点的相位差为 △p=k,1)L =△4+6sim(w,-k,y) =knL+k△nLsn",-ky) (4) 式中，为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项△为不存在超声波时光波在介质前后二点的相 位差，第二项为超声波引起的附加相位差（相位调制），动%△L。可见，当平面光波入射在介质的 前界面上时，超声波使出射光波的波阵面变为周期变化的皱折波面，从而改变了出射光的传播特征，使 光产生衍射。 设入射面上x=-LU2的光振动为E=Am,A为一常数，也可以是复数。考虑到在出射面x=L2上各 点相位的改变和调制，在平面内离出射面很远一点处的衍射光叠加结果为 E-d 写成一等式时， ECed (5) 式中，b为光束宽度，0为衍射角，C为与A有关的常数，为了简单可取为实数。利用一与贝塞耳函数有 关的恒等式

声光效应实验 中，利用参量相互作用理论，可建立起声-光相互作用的统一理论，并且运用动量匹配和失配等概念对 正常和反常声光效应都可作出解释。本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。 设声光介质中的超声行波是沿 у 方向传播的平面纵波，其角频率为 ws，波长为 λs，波矢为 ks。λ 射 光为沿 х 方向传播的平面波，其角频率为 w，在介质中的波长为 λ，波矢为 k。介质内的弹性应变也以行 波形式随声波一起传播。由于光速大约是声波的 105 倍，在光波通过的时间内介质在空间上的周期变化 可看成是固定的。 由于应变而引起的介质折射率的变化由下式决定 ) 1 ( 2 n ∆ =PS (1) 式中，n 为介质折射率，S 为应变，P 为光弹系数。通常，P 和 S 为二阶张量。当声波在各向同性介质中 传播时，P 和 S 可作为标量处理，如前所述，应变也以行波形式传播，所以可写成 sin( ) 0 S S t k y = ωs − s (2) 当应变较小时，折射率作为 y 和 t 的函数可写作 ( , ) sin( ) 0 n y t n n t k y = + ∆ ωs − s (3) 式中，n0为无超声波时的介质折射率，△n 为声波折射率变化的幅值，由（1）式可求出 0 3 2 1 ∆n = − n PS 设光束垂直入射（k⊥ks）并通过厚度为 L 的介质，则前后两点的相位差为 ∆φ = k0n( y,t)L sin( ) 0 w k y = ∆φ +δφ s − s sin( ) 0 0 k nL k nL w k y = + ∆ s − s （4） 式中，k0 为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项△ф0 为不存在超声波时光波在介质前后二点的相 位差，第二项为超声波引起的附加相位差（相位调制），δф= k0△nL 。可见，当平面光波入射在介质的 前界面上时，超声波使出射光波的波阵面变为周期变化的皱折波面，从而改变了出射光的传播特征，使 光产生衍射。 设入射面上 x=-L/2 的光振动为 Ei =Aeiwt，A 为一常数，也可以是复数。考虑到在出射面 x=L/2 上各 点相位的改变和调制，在 xy 平面内离出射面很远一点处的衍射光叠加结果为 [ ] ∫− − − ∝ / 2 / 2 0 ( , ) 0 sin b b i t k n y t L k y E A e dy ω θ 写成一等式时， ∫− − − = / 2 / 2 sin( ) sin 0 b b i t i k y t ik y E Ce e e dy ω dφ S ωS θ （5） 式中，b 为光束宽度，θ 为衍射角，C 为与 A 有关的常数，为了简单可取为实数。利用一与贝塞耳函数有 关的恒等式 2

em0-∑J(ae0 式中J(a)为（第一类）m阶贝塞耳函数，将(5)式展开并积分得 E=Cb)e sin[b(mk,k sin)/2] (6) b(mk,-k。sin0)/2 上式中与第m级衍射有关的项为 E=Ee"o-me) (7) E=Ch)sinb(mkk sin0)/2] (8) b(mk,-ko sine)/2 因为函数sinx/x在x=0时取极大值，因此衍射极大的方位角日n由下式决定 m0,=mi+m经 (9) 式中，为真空中光的波长，s为介质中超声波的波长。与一般的光栅方程相比可知，超声波引起的有 应变的介质相当于一光橱常数为超声波长的光橱。由(7)式可知，第m级衍射光的频率wm为 0n=0-m0, (10) 可见，衍射光仍然是单色光，但发生了频移。由于w>,这种频移是很小的。 第m级衍射极大的强度1m可用(7)式模数平方表示： 1n=EE6=C2b2J(6) (11) 式中，E为E的共轭复数，0C。 第m级衍射极大的衍射效率m定义为第m级衍射光的强度与入射光强度之比。由(I1)式可知， ”m正比于子m(动)。当m为整数时，Jm(a)=()(a。由(9)式和(11)式表明，各级射光相对于零 级对称分布。 当光束斜入射时，如果声光作用的距离满足L<2./,则各级衍射极大的方位角0由下式决定 sm0,=咖1+m2 (12) 式中1为入射光波矢k与超声波波面之间的夹角。上述的超声衍射称为喇曼纳斯衍射，有超声波存在的 介质起一平面相位光栅的作用

声光效应实验 ∑ ∞ =−∞ = m im m ia e J a e θ θ ( ) sin 式中 Jm(α)为（第一类）m 阶贝塞耳函数，将（5）式展开并积分得 ∑ ∞ =−∞ − − − = m s i m t s m b mk k b mk k E Cb J e s ( sin )/ 2 sin[ ( sin )/ 2] ( ) 0 ( ) 0 θ θ δφ ω ω （6） 上式中与第 m 级衍射有关的项为 ( ) 0 i m t m s E E e ω− ω = （7） ( sin )/ 2 sin[ ( sin )/ 2] ( ) 0 0 0 θ θ δφ b mk k b mk k E CbJ s s m − − = （8） 因为函数sin x x 在 x = 0 时取极大值，因此衍射极大的方位角θ m 由下式决定 s m i m λ λ θ 0 sin = sin + （9） 式中，λ0 为真空中光的波长，λS 为介质中超声波的波长。与一般的光栅方程相比可知，超声波引起的有 应变的介质相当于一光栅常数为超声波长的光栅。由（7）式可知，第 m 级衍射光的频率 wm为 ω m =ω − mωs （10） 可见，衍射光仍然是单色光，但发生了频移。由于 w>>ws ,这种频移是很小的。 第 m 级衍射极大的强度 Im可用（7）式模数平方表示： ( ) * 2 2 2 Im = E0E0 = C b Jm δφ （11） 式中，E*0为 E0的共轭复数，I0=C2 b2 。 第 m 级衍射极大的衍射效率 ηm定义为第 m 级衍射光的强度与入射光强度之比。由（11）式可知， ηm正比于 J 2 m（δф）。当m为整数时，J- m（α）=（-1）m Jm（α）。由（9）式和（11）式表明，各级衍射光相对于零 级对称分布。 当光束斜入射时，如果声光作用的距离满足 L<2λS 2 ／λ，则各级衍射极大的方位角 θm由下式决定 s m i m λ λ θ 0 sin = sin + （12） 式中 i 为入射光波矢 k 与超声波波面之间的夹角。上述的超声衍射称为喇曼-纳斯衍射，有超声波存在的 介质起一平面相位光栅的作用。 3

图2：布喇格衍射 当声光作用的距离满足L>2/,而且光束相对于超声波波面以某一角度斜入射时，在理想情况 下除了0级之外，只出现1级或者1级衍射。如图2所示。这种衍射与晶体对X光的布喇格衍射很类 似，故称为布喇格衍射。能产生这种衍射的光束入射角称为布喇格角。此时的有超声波存在的介质起体 积光栅的作用。可以证明，布喇格角满足 sinin=2元， (13) 式中(13)称为布喇格条件。因为布喇格角一般都很小，故衍射光相对于入射光的偏转角中为 =2。*= 元n (14) 式中，为超声波波速，人为超声波频率，其它量的意义同前。在布喇格衍射的情况下，一级衍射光的 衍射效率为 =m经开) (15) 式中，Ps为超声波功率，L和H为超声换能器的长和宽，M为反映声光介质本身性质的一常数， M2=np2(Pv,),p为介质密度，P为光弹系数。在布喇格衍射下，衍射光的频率也由(10)式决 定。 理论上布喇格衍射的衍射效率可达到100%，喇曼-纳斯衍射中一级衍射光的最大衍射效率仅为 34%,所以实用的声光器件一般都采用布喇格衍射。 由(14)式和(15)式可看出，通过改变超声波的频率和功率，可分别实现对激光束方向的控制和 强度的调制，这是声光偏转器和声光调制器的物理基础。从(10)式可知，超声光栅衍射会产生频移， 因此利用声光效应还可制成频移器件。超声频移器在计量方面有重要应用，如用于激光多普勒测速仪 4

声光效应实验 当声光作用的距离满足 L＞2λS 2 ／λ，而且光束相对于超声波波面以某一角度斜入射时，在理想情况 下除了 0 级之外，只出现 1 级或者-1 级衍射。如图 2 所示。这种衍射与晶体对 X 光的布喇格衍射很类 似，故称为布喇格衍射。能产生这种衍射的光束入射角称为布喇格角。此时的有超声波存在的介质起体 积光栅的作用。可以证明，布喇格角满足 s Bi λ λ 2 sin = （13） 式中（13）称为布喇格条件。因为布喇格角一般都很小，故衍射光相对于入射光的偏转角 ф 为 s s s B f n i n λ λ λ f 0 = 2 ≈ = （14） 式中，νS 为超声波波速，fS 为超声波频率，其它量的意义同前。在布喇格衍射的情况下，一级衍射光的 衍射效率为 ) 2 sin ( 2 0 2 H M LPs λ π η = （15） 式中，PS 为超声波功率，L 和 H 为超声换能器的长和宽，M2 为反映声光介质本身性质的一常数， /( ) 6 2 M2 = n p ρn s ， ρ 为介质密度，P 为光弹系数。在布喇格衍射下，衍射光的频率也由（10）式决 定。 理论上布喇格衍射的衍射效率可达到 100%，喇曼-纳斯衍射中一级衍射光的最大衍射效率仅为 34%，所以实用的声光器件一般都采用布喇格衍射。 由（14）式和（15）式可看出，通过改变超声波的频率和功率，可分别实现对激光束方向的控制和 强度的调制，这是声光偏转器和声光调制器的物理基础。从（10）式可知，超声光栅衍射会产生频移， 因此利用声光效应还可制成频移器件。超声频移器在计量方面有重要应用，如用于激光多普勒测速仪 等。 图 2：布喇格衍射 4

以上讨论的是超声行波对光被的衍射。实际上，超声驻波对光波的衍射也产生喇品纳斯衍射和布制 格衍射，而且各衍射光的方位角和超声频率的关系与超声行波时的相同。不过，各级衍射光不再是简单 地产生频移的单色光，而是含有多个傅里叶分量的复合光。 【实验仪器】 一套完整的声光实验仪配有：声光器件、半导体激光器、功率信号源、光强分布测量仪及光具座 每个器件都带有l0的立杆，可以安插在通用光具座上，如图3所示。 示波署 声光功率信号源 光强分布测量仪 转角平台 频率计 激光器 图3：声光效应实验安装图 1.声光器件 声光器件的结构示意图如图4所示。它由声光介质、压电换能器和吸声材料组成 吸声材料 转角平 声光器件 旋转手轮 声光介质 转角平台 光波前进方向 一压电换能器 图4：声光器件的结构 图5：转角平台 本实验采用的声光器件是二氧化锑，在此介质中超声波速度v=4200m/s,吸声材料的作用是吸收 通过介质传播到端面的超声波以建立超声行波。将介质的端面磨成斜面或成牛角状，也可达到吸声的作 用。压电换能器又称超声发生器，由妮酸锂品体或其它压电材料制成。它的作用是将电功率换成声功 率，并在声光介质中建立起超声场。压电换能器既是一个机械振动系统，又是一个与功率信号源相联系 的电振动系统，或者说是功率信号源的负载。为了获得最佳的电声能量转换效率，换能器的阻抗与信号 源内阻应当匹配。声光器件有一个衍射效率最大的工作频率，此频率称为声光器件的中心频率，记为 。对于其它频奉的超声波，其衍射效奉将降低。规定衍射效率（或衍射光的相对光强）下降3b(即 衍射效奉降到最大值的1/√5)时两频率间的间隔为声光器件的带宽

声光效应实验 以上讨论的是超声行波对光波的衍射。实际上，超声驻波对光波的衍射也产生喇曼-纳斯衍射和布喇 格衍射，而且各衍射光的方位角和超声频率的关系与超声行波时的相同。不过，各级衍射光不再是简单 地产生频移的单色光，而是含有多个傅里叶分量的复合光。 【实验仪器】 一套完整的声光实验仪配有：声光器件、半导体激光器、功率信号源、光强分布测量仪及光具座。 每个器件都带有 ø10 的立杆，可以安插在通用光具座上，如图 3 所示。 图 3：声光效应实验安装图 1． 声光器件 声光器件的结构示意图如图 4 所示。它由声光介质、压电换能器和吸声材料组成。 本实验采用的声光器件是二氧化锑，在此介质中超声波速度 v = 4200m/s，吸声材料的作用是吸收 通过介质传播到端面的超声波以建立超声行波。将介质的端面磨成斜面或成牛角状，也可达到吸声的作 用。压电换能器又称超声发生器，由妮酸锂晶体或其它压电材料制成。它的作用是将电功率换成声功 率，并在声光介质中建立起超声场。压电换能器既是一个机械振动系统，又是一个与功率信号源相联系 的电振动系统，或者说是功率信号源的负载。为了获得最佳的电声能量转换效率，换能器的阻抗与信号 源内阻应当匹配。声光器件有一个衍射效率最大的工作频率，此频率称为声光器件的中心频率，记为 0f 。对于其它频率的超声波，其衍射效率将降低。规定衍射效率（或衍射光的相对光强）下降 3 db（即 衍射效率降到最大值的 1/ 2 ）时两频率间的间隔为声光器件的带宽。 声光器件 转角平台 转角平台 旋转手轮 图 5：转角平台 吸声材料 声光介质 压电换能器 图 4：声光器件的结构 声 波 前 进 方 向 光波前进方向 信号 同步 声光功率信号源 激光器 转角平台 X Y 光强分布测量仪 示波器 频率计 5

声光器件安装在一个透明塑料盒内，置于转角平台上，见图5。盒上有一插座，用于和功率信号源 的声光插座相连。透明塑料盒两端各开一个小孔，激光分别从这两个孔射入和射出声光器件，不用时用 贴纸封住以保护声光器件。旋转转角平台的旋转手轮可以转动转角平台，从而改变激光射入声光器件的 角度。 2.功率信号源 ZKY-CSG功率信号源专为声光效应实验配套，输出频率范用为80120MHz.最大输出功率1W 面板上的各输入输出信号和表头含义如下： 等调瘢：做基本的声光衍射实验时，要打在“等幅”位置，否则信号源无输出：做模拟通信实验 时，要打在“调幅”位置。 调制：输入信号插座。等船/调幅开关处于“调幅”位置时，此位置接上“模拟通信发送器”，从“调制端口 输入一个TTL电平的数字信号，就可以对声功率进行幅度调制，频率范围0~20Kz。调制波的解调 可用光电池加放大电路组成的“光电池盒”来实现。具体方法是，移去CCD光强分布测量仪，安置 上“光电池盒”，“光电池盒”再与“模拟通信接收器”相连。将1级衍射光对准“光电池盒”上的小孔， 适当调节半导体激光器的功率，就可以用喇叭或示波器还原调制波的信号，进行模拟通信实验。模 拟通信收发器的介绍见下文。 声光：输出信号插座。用于连接声光器件，将功率信号源的电信号传入声光器件，经压电换能器转换为 声波后注入声光介质。 测频：输出信号插座。接频率计，用于测量功率信号源输出信号的频率。 频率旋钮：用于改变功率信号源的输出信号的频率，可调范围80-120MHz。逆时针到底是80MHz,顺 时针到底是120MHz。 功率旋钮：用于调节功率信号源的输出功率，逆时针减小，顺时针变大。面板上的毫安表读数作功率指 示用，读数值×10约等于功率毫瓦数。*使用时，为保证声光器件的安全，不要长时间处于功率最大 位置！ 3.CCD光强分布测量仪：其核心是线阵CCD器件。CCD器件是一种可以电扫描的光电二极管列阵 有面阵（二维）和线阵（一维）之分。LM601/501CCD光强仪所用的是线阵CCD器件，性能参数如下 表。LM601501CCD光强仪机壳尺寸为150mmx100mm×50mm,CCD器件的光敏面至光强仪前面板 距离为4.5mm。 型号 光敏元素 光敏元尺寸 光敏元中心距 光谱响应范围光谱响应峰值 LM601S 2700个 11x11 um 11 um 0.3-0.9m 0.56m LM601/501CCD光强仪后面板各插孔标记含义如下，其输出波形见图6：

声光效应实验 声光器件安装在一个透明塑料盒内，置于转角平台上，见图 5。盒上有一插座，用于和功率信号源 的声光插座相连。透明塑料盒两端各开一个小孔，激光分别从这两个孔射入和射出声光器件，不用时用 贴纸封住以保护声光器件。旋转转角平台的旋转手轮可以转动转角平台，从而改变激光射入声光器件的 角度。 2． 功率信号源 ZKY-CSG 功率信号源专为声光效应实验配套，输出频率范围为 80~120 MHz,最大输出功率 1 W。 面板上的各输入/输出信号和表头含义如下： 等幅/调幅：做基本的声光衍射实验时，要打在“等幅”位置，否则信号源无输出；做模拟通信实验 时，要打在“调幅”位置。 调制：输入信号插座。等幅/调幅开关处于“调幅”位置时，此位置接上“模拟通信发送器”，从“调制”端口 输入一个 TTL 电平的数字信号，就可以对声功率进行幅度调制,频率范围 0~20 KHz。调制波的解调 可用光电池加放大电路组成的“光电池盒”来实现。具体方法是，移去 CCD 光强分布测量仪，安置 上“光电池盒”，“光电池盒”再与“模拟通信接收器”相连。将 1 级衍射光对准“光电池盒”上的小孔， 适当调节半导体激光器的功率，就可以用喇叭或示波器还原调制波的信号，进行模拟通信实验。模 拟通信收发器的介绍见下文。 声光：输出信号插座。用于连接声光器件，将功率信号源的电信号传入声光器件，经压电换能器转换为 声波后注入声光介质。 测频：输出信号插座。接频率计，用于测量功率信号源输出信号的频率。 频率旋钮：用于改变功率信号源的输出信号的频率，可调范围 80~120 MHz。逆时针到底是 80 MHz，顺 时针到底是 120 MHz。 功率旋钮：用于调节功率信号源的输出功率，逆时针减小，顺时针变大。面板上的毫安表读数作功率指 示用，读数值×10 约等于功率毫瓦数。*使用时，为保证声光器件的安全，不要长时间处于功率最大 位置！ 3．CCD 光强分布测量仪：其核心是线阵 CCD 器件。CCD 器件是一种可以电扫描的光电二极管列阵， 有面阵（二维）和线阵（一维）之分。LM601/501 CCD 光强仪所用的是线阵 CCD 器件，性能参数如下 表。LM601/501 CCD 光强仪机壳尺寸为 150 mm×100 mm×50 mm，CCD 器件的光敏面至光强仪前面板 距离为 4.5 mm。 LM601/501 CCD 光强仪后面板各插孔标记含义如下，其输出波形见图 6： 型号 光敏元素 光敏元尺寸 光敏元中心距 光谱响应范围 光谱响应峰值 LM601S 2700 个 11×11 μm 11 μm 0.3~0.9 μm 0.56 μm 6

“同步”：Q9头，示波器型用。启动CCD器件扫描的触发脉冲，主要供示波器触发用。“同步”的含意是 “同步扫描”，与示波器的触发端口相连。 “信号”：Q9头，示波器型用。CCD器件接受的空间光强分布信号的模拟电压输出端，与示波器的某 一路信号端口相连。 DB9插头：微机型用，连至USB2O0计算机数据采集盒。 -5V 同步 信号光强 环境光强 0信号光强 (扫描基线) 601S:2700x11um -5v 采 图6：LM601SCCD光强仪波形图 声光偏转测量 声光调制测量 f-角 0级 1级 0级1级2级 图7：示波器上的实验波形及描绘出的曲线

声光效应实验 “同步”：Q9 头，示波器型用。启动 CCD 器件扫描的触发脉冲，主要供示波器触发用。“同步”的含意是 “同步扫描”，与示波器的触发端口相连。 “信号”：Q9 头，示波器型用。CCD 器件接受的空间光强分布信号的模拟电压输出端，与示波器的某 一路信号端口相连。 DB9 插头：微机型用，连至 USB200 计算机数据采集盒。 0 V 5 V 信号 信号光强 环境光强 601 S: 2700×11 μm 5 V 0 信号光强 （扫描基线） 采样 同步 图 6： LM601S CCD 光强仪波形图 fl - fH 声光偏转测量 0 级 1 级 φ f 声光调制测量 0 级 1 级 2 级 I Ps I1 I0 I2 图 7：示波器上的实验波形及描绘出的曲线 7

5。模拟通信收发器 模拟通信收发器由三件仪器组成：模拟通信发送器、模拟通信接收器和光电池盒。 a)模拟通信发送器的各接口及开关描述如下： 调制：输出信号插座。当功率信号源的等幅调幅开关处于“调幅”位置时（即做模拟通信实验时）， 此位置接上功率信号源的调制插座，即向功率信号源输出TTL电平的数字调制信号用于对声功率 进行幅度调制。 示波器：如果要在双踪示波器上对比观察本模拟通信实验中发送和接收到的音乐TTL电平的数字信号， 则此插座接示波器的一路通道，并作为触发信号：模拟通信接收器的示波器插座接示波器的另 一路通道。 喇叭开关：用于选择是否监听发送器送出的音乐TTL信号。 选曲开送：发送器可以送出的音乐TTL信号有两首乐曲，用此开关选择。 b)棋拟通信接收器的各接口描述如下： 光电池：接光电池盒。 示波器：如果要在双踪示波器上对比观察本模拟通信实验中发送和接收到的音乐TTL电平的数字信号， 则此插座接示波器的一路通道：模拟通信发送器的示波器插座接示波器的另一路通道，并作为 触发信号。 音量旋纽：调节模拟通信接收器还原出来的音乐TL信号的音量大小。 c)光电池盒 取代LM601SCCD光强分布测量仪，与模拟通信接收器的光电池插座连接并向模拟通信接收器传送 接收到的带调制信号的衍射光信号。 6.半导体澈光器 半导体激光器输出光强稳定，功率可调，寿命长，强度可调。 7.光具座 0.8m长，配3只移动座，ZKY-CsG的各部件的底端都有螺口用以旋入直径为10mm的立杆，拧紧 后插入各马鞍座里，旋紧马鞍座的立杆旋钮，再将马鞍座置于光具座上，待各部件位置调节好后，旋紧 马鞍座侧面的旋钮即可完成固定。 8.示波器和频率计 声光效应实验只需一台单踪示波器即可，而模拟通信实验需要一台双踪示波器。频率计的量程需大 于0-120Mmz

声光效应实验 5． 模拟通信收发器 模拟通信收发器由三件仪器组成：模拟通信发送器、模拟通信接收器和光电池盒。 a) 模拟通信发送器的各接口及开关描述如下: 调制：输出信号插座。当功率信号源的等幅/调幅开关处于“调幅”位置时（即做模拟通信实验时）， 此位置接上功率信号源的调制插座，即向功率信号源输出 TTL 电平的数字调制信号用于对声功率 进行幅度调制。 示波器：如果要在双踪示波器上对比观察本模拟通信实验中发送和接收到的音乐 TTL 电平的数字信号, 则此插座接示波器的一路通道，并作为触发信号；模拟通信接收器的示波器插座接示波器的另 一路通道。 喇叭开关：用于选择是否监听发送器送出的音乐 TTL 信号。 选曲开关：发送器可以送出的音乐 TTL 信号有两首乐曲，用此开关选择。 b) 模拟通信接收器的各接口描述如下： 光电池：接光电池盒。 示波器：如果要在双踪示波器上对比观察本模拟通信实验中发送和接收到的音乐 TTL 电平的数字信号, 则此插座接示波器的一路通道；模拟通信发送器的示波器插座接示波器的另一路通道，并作为 触发信号。 音量旋钮：调节模拟通信接收器还原出来的音乐 TTL 信号的音量大小。 c) 光电池盒 取代 LM601S CCD 光强分布测量仪，与模拟通信接收器的光电池插座连接并向模拟通信接收器传送 接收到的带调制信号的衍射光信号。 6． 半导体激光器 半导体激光器输出光强稳定，功率可调，寿命长，强度可调。 7．光具座 0.8 m 长，配 3 只移动座， ZKY-CSG 的各部件的底端都有螺口用以旋入直径为 10 mm 的立杆，拧紧 后插入各马鞍座里，旋紧马鞍座的立杆旋钮，再将马鞍座置于光具座上，待各部件位置调节好后，旋紧 马鞍座侧面的旋钮即可完成固定。 8．示波器和频率计 声光效应实验只需一台单踪示波器即可，而模拟通信实验需要一台双踪示波器。频率计的量程需大 于 0-120 MHz。 8

【实验步骤】 1.按图3安装实验仪器，使激光穿过声光品体，并用CCD采集到一个完美的波形。 2.观察布拉格衍射。 3.在布喇格衍射下，测量声光偏转量，计算超声波声速。 4.在布喇格衍射下，固定超声波功率，测量1级衍射光的相对强度与超声波的频率，作出其1一厂关 系曲线图，并确定声光器件的中心频率及带宽。 5.在布喇格衍射下，将功率信号源的超声波频率固定在声光器件的中心频率上，记录0级光光强 (6)和1级光光强度（山）以及超声波功率（卫P),并作出其其相对声光调制曲线(P近似地用功 率信号源的板流1，标征)。 6.测定布喇格衍射下的最大衍射效率，其中，1。为未发生声光衍射时0级光”的强度，L为发生声光 衍射后1级光的强度。 7.喇曼纳斯衍射的观察与衍射效率的测量。 8.模拟通信。 声光功率信号源 光电池盒 转角平台 激光器 示波器 模拟通信接收器 o y 模拟通信发送器 图8：模拟通信实验安装图 安装图如图8所示，使用过程如下： ·完成安装后，开启各部件的电源：功率信号源的输出功率不要太大： ·仔细调节光路，使半导体激光器射出的光束准确地由声光器件外塑料盒的小孔射入、穿过声光介 质、由另一端的小孔射出，仔细调节转角平台旋钮，满足布喇格衍射，并将】级衍射光射入光电池 盒的接收圆孔： ·将模拟通信发送器的喇叭开关打在“关”上，以避免它对模拟通信接收器还原出的音乐的干扰。此 时，模拟通信接收器的扬声器应送出模拟通信发送器的音乐：在示波器上应观察到两路信号波形相 一致或相反：

声光效应实验 【实验步骤】 1． 按图 3 安装实验仪器，使激光穿过声光晶体，并用 CCD 采集到一个完美的波形。 2． 观察布拉格衍射。 3． 在布喇格衍射下，测量声光偏转量，计算超声波声速。 4． 在布喇格衍射下，固定超声波功率，测量 1 级衍射光的相对强度与超声波的频率，作出其 s I − f 1 关 系曲线图，并确定声光器件的中心频率及带宽。 5． 在布喇格衍射下，将功率信号源的超声波频率固定在声光器件的中心频率上，记录 0 级光光强 （I0）和 1 级光光强度（I1）以及超声波功率（ Ps ）,并作出其其相对声光调制曲线（ Ps 近似地用功 率信号源的板流 si 标征）。 6． 测定布喇格衍射下的最大衍射效率，其中， 0 I 为未发生声光衍射时“0 级光”的强度， 1I 为发生声光 衍射后“1 级光”的强度。 7． 喇曼-纳斯衍射的观察与衍射效率的测量。 8． 模拟通信。 安装图如图 8 所示，使用过程如下：  完成安装后，开启各部件的电源；功率信号源的输出功率不要太大；  仔细调节光路，使半导体激光器射出的光束准确地由声光器件外塑料盒的小孔射入、穿过声光介 质、由另一端的小孔射出，仔细调节转角平台旋钮，满足布喇格衍射，并将 1 级衍射光射入光电池 盒的接收圆孔；  将模拟通信发送器的喇叭开关打在“关”上，以避免它对模拟通信接收器还原出的音乐的干扰。此 时，模拟通信接收器的扬声器应送出模拟通信发送器的音乐；在示波器上应观察到两路信号波形相 一致或相反； 声光功率信号源 转角平台 激光器 Y X 示波器 图 8：模拟通信实验安装图 光电池盒 模拟通信接收器 模拟通信发送器 9