U1”即为该晶体的半波电压。2.2极值法即晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小到大逐渐改变，输出的光强将会出现极大极小值，相邻极大极小值之间对应的直流电压之差就是半波电压。具体步骤是：去掉1/4波片，调节检偏器使输出光强最小，然后将信号源中正弦波的输出幅度调节至零，打开高压开关，选择“正高压”，逐渐增加直流偏压，每隔10V增大一次，读出相应的光电流输出值I，以偏压V为横坐标，光电流I为纵坐标，画出IV关系曲线，即可确定半波电压V。（注：电压调节范围：0V~480V）注：当输出电流值为极大值时，记下“高压指示”表头的读数，此读数即为该晶体的半波电压。（亦可将高压选择开关切换为“负高压”，重复以上步骤，测得半波电压。若正、负高压下测得的半波电压值相同，则该值就是晶体的实际半波电压值）（三）用四分之一波片改变工作点，观察输出特性（选做）在上述实验中，去掉晶体上加的直流偏压，把1/4波片置入晶体和偏振片之间，绕光轴缓慢旋转时，可以看到输出波形随着发生变化。当波片的快慢轴平行于晶体的感应轴方向时，输出光线性调制；当波片的快慢轴分别平行于晶体的x，y轴时，输出光失真，出现“倍频”失真。因此，把波片旋转一周时，出现四次线性调制和四次“倍频”失真。实验证明，通过晶体上加直流偏压可以改变调制器的工作点，也可以用1/4波片选择工作点，其效果是一样的，但两种方法的机理是不同的。（四）测电光晶体的消光比和透过率通过极值法测得探测器输出光电流的极大极小值（由光强指示表头读出）。由输出光电流的极大极小值得：消光比M=mImin将电光晶体从光路中取出，旋转检偏器，测出探测器输出的最大光强值I。（由光强指示表头读出），那么T= lmr透过率I。（五）电光调制与光通讯实验演示在调制法实验的基础上，保持光路组件位置不变，将“信号选择”开关拨到“音频”信号，即可以使扬声器播放音乐。改变偏压（即调节声音调节电位器）或旋转波片试听扬声器音量与音质的变化。用不透光物体遮住激光光线，声音消失，说明音频信号是调制在激光上的，验证光通讯。七、注意事项：1.本实验使用的晶体根据其绝缘性能最大安全电压约为500V.超值易损坏晶体。2.在实验过程中，应避免激光直射到人眼，以免对眼睛造成伤害。3.本实验仪所用光学器件均为精密仪器，在使用时应十分小心4.本实验新型所设计的光强指示表头，只在直流条件下的读数为有效值。5.光路轴向要求较高，反复调整光路测量才能得到相对可靠的实验数据。8
8 U1”即为该晶体的半波电压。 2.2 极值法 即晶体上只加直流电压，不加交流信号，把直流电压从小到大逐渐改变，输出的 光强将会出现极大极小值，相邻极大极小值之间对应的直流电压之差就是半波电压。 具体步骤是：去掉1/4波片，调节检偏器使输出光强最小，然后将信号源中正弦波的 输出幅度调节至零，打开高压开关，选择“正高压”，逐渐增加直流偏压，每隔10V增 大一次，读出相应的光电流输出值I，以偏压V为横坐标，光电流I为纵坐标，画出I~V 关系曲线，即可确定半波电压V 。（注： 电压调节范围：0V~480V） 注：当输出电流值为极大值时，记下“高压指示”表头的读数，此读数即为该晶 体的半波电压。(亦可将高压选择开关切换为“负高压”，重复以上步骤，测得半波电 压。若正、负高压下测得的半波电压值相同，则该值就是晶体的实际半波电压值) （三）用四分之一波片改变工作点，观察输出特性（选做） 在上述实验中，去掉晶体上加的直流偏压，把1/4波片置入晶体和偏振片之间，绕光轴缓 慢旋转时，可以看到输出波形随着发生变化。当波片的快慢轴平行于晶体的感应轴方向时， 输出光线性调制；当波片的快慢轴分别平行于晶体的x,y轴时，输出光失真，出现“倍频”失 真。因此，把波片旋转一周时，出现四次线性调制和四次“倍频”失真。 实验证明，通过晶体上加直流偏压可以改变调制器的工作点，也可以用1/4波片选择工作 点，其效果是一样的，但两种方法的机理是不同的。 （四）测电光晶体的消光比和透过率 通过极值法测得探测器输出光电流的极大极小值（由光强指示表头读出）。 由输出光电流的极大极小值得: 消光比 max min I M I 将电光晶体从光路中取出,旋转检偏器,测出探测器输出的最大光强值 o I （由光强 指示表头读出），那么 透过率 max o I T I （五）电光调制与光通讯实验演示 在调制法实验的基础上，保持光路组件位置不变，将“信号选择”开关拨到“音 频”信号,即可以使扬声器播放音乐。改变偏压（即调节声音调节电位器）或旋转波 片试听扬声器音量与音质的变化。用不透光物体遮住激光光线，声音消失，说明音频 信号是调制在激光上的，验证光通讯。 七、注意事项: 1.本实验使用的晶体根据其绝缘性能最大安全电压约为 500V,超值易损坏晶体。 2.在实验过程中，应避免激光直射到人眼，以免对眼睛造成伤害。 3.本实验仪所用光学器件均为精密仪器，在使用时应十分小心。 4.本实验新型所设计的光强指示表头，只在直流条件下的读数为有效值。 5.光路轴向要求较高，反复调整光路测量才能得到相对可靠的实验数据
实验二声光调制实验一、实验目的1、掌握晶体声光调制的原理和实验方法。2、观察声光调制实验现象，并测量各参数。3、实现模拟光通讯。二、实验仪器光学导轨、调节滑座、激光器、声光调制器、光电探测器、声光调制实验仪信号源、示波器三、声光调制原理当声波在某些介质中传播时，会随时间与空间的周期性的弹性应变，造成介质密度（或光折射率）的周期变化。介质随超声应变与折射率变化的这一特性，可使光在介质中传播时发生衍射，从而产生声光效应。存在于超声波中的此类介质可视为一种由声波形成的位相光栅（称为声光栅），其光栅的栅距（光栅常数）即为声波波长。当一束平行光束通过声光介质时，光波就会被该声光栅所衍射而改变光的传播方向，并使光强在空间作重新分布。声光器件由声光介质和换能器两部分组成。前者常用的有钼酸铅（PM）、氧化碲等，后者为由射频压电换能器组成的超声波发生器。如图1所示为声光调制原理图。声波吸收器衍射光TOBid入射光声光介质一声波A一换能器射频信号图1声光调制的原理理论分析指出，当入射角（入射光与超声波面间的夹角）θ，满足以下条件时，衍射光最强。2元元/(1)=Nsine,=1-入2k)(2元元，八4元）式中N为衍射光的级数，、k分别为入射光的波长和波数k=2元，2,与K分别为超声29
9 实验二 声光调制实验 一、 实验目的 1、掌握晶体声光调制的原理和实验方法。 2、观察声光调制实验现象,并测量各参数。 3、实现模拟光通讯。 二、 实验仪器 光学导轨、调节滑座、激光器、声光调制器、光电探测器、声光调制实验仪信号源、示波 器 三、 声光调制原理 当声波在某些介质中传播时，会随时间与空间的周期性的弹性应变，造成介质密度（或光 折射率）的周期变化。介质随超声应变与折射率变化的这一特性，可使光在介质中传播时发生 衍射，从而产生声光效应。存在于超声波中的此类介质可视为一种由声波形成的位相光栅（称 为声光栅），其光栅的栅距（光栅常数）即为声波波长。当一束平行光束通过声光介质时，光 波就会被该声光栅所衍射而改变光的传播方向，并使光强在空间作重新分布。 声光器件由声光介质和换能器两部分组成。前者常用的有钼酸铅（PM）、氧化碲等，后者 为由射频压电换能器组成的超声波发生器。如图 1 所示为声光调制原理图。 声光介质 声波吸收器 衍射光 入射光 射频信号 换能器 声波 i d B 图 1 声光调制的原理 理论分析指出，当入射角（入射光与超声波面间的夹角） i 满足以下条件时，衍射光最强。 s s i N k K N N 4 2 2 2 sin （1） 式中 N 为衍射光的级数， 、k 分别为入射光的波长和波数 2 k ，s 与 K 分别为超声
波的波长和波数K=2元声光衍射主要分为布拉格（Bragg）衍射和喇曼-奈斯（Raman-Nath）衍射两种类型。前者通常声频较高，声光作用程较长；后者则反之。由于布拉格衍射效率较高，故一般声光器件主要工作在仅出现一级光（N=1）的布拉格区。满足布拉格衍射的条件是：Sinog=F(2)2v,式中F与U,分别为超声波的频率与速度，入为光波的波长。F当满足入射角较小，且，=的布拉格衍射条件下，由（1）式可知，此时e~2k并有最强的正一级（或负一级）的衍射光呈现。入射（掠射）角6.与衍射角0.之和称为偏转角①，（参见图1），由（2）式：K-A=FA(3)0,=0 +0g=20g kV,由此可见，当声波频率F改变时，衍射光的方向亦将随之线性地改变。同时由此也可求得超声波在介质中的传播速度为：V=F(4)Oa四、实验装置与仪器图2所示为声光调制实验仪的装置图。GCSGT-A声光调制实验仪接收光强指示制监视载波电压指示载波频率指示VVMHZ外调输入电源解调输出解调幅度软波幅度载波频革调制幅店10-10就波选择地址：武汉市东湖高新区光谷大道111号光谷芯中心科技园电话：027-59355370传真：027-59355371图2声光调制仪装置图10
10 波的波长和波数 s K 2 声光衍射主要分为布拉格（Bragg）衍射和喇曼-奈斯（Raman-Nath）衍射两种类型。前者 通常声频较高，声光作用程较长；后者则反之。由于布拉格衍射效率较高，故一般声光器件主 要工作在仅出现一级光（N=1）的布拉格区。 满足布拉格衍射的条件是： s F Sin 2 （2） 式中 F 与 s 分别为超声波的频率与速度， 为光波的波长。 当满足入射角 i 较小，且 i B 的布拉格衍射条件下，由（1）式可知，此时 k K B 2 ， 并有最强的正一级（或负一级）的衍射光呈现。 入射（掠射）角 i 与衍射角 B 之和称为偏转角 d （参见图 1），由（2）式： s s d i B B F k K V 2 （3） 由此可见，当声波频率 F 改变时，衍射光的方向亦将随之线性地改变。 同时由此也可求得超声波在介质中的传播速度为： d s F V （4） 四、 实验装置与仪器 图 2 所示为声光调制实验仪的装置图。 图 2 声光调制仪装置图
由图可见，声光调制实验系统由光路与电路两大单元组成，图3示出系统的结构框图。ADMRCCD信号输出光电接收（扩展用）CCD线阵声光品体激光器光电信号CR编解调输出主控单元超声载波信号源激光电源载波频率指示载波幅度指示外接调制信号调制信号源接收光强指示YI或音频信号解调波YII调制波图3声光调制实验系统框图（1）光路系统由激光管（L）、声光调制晶体（AOM）与光电接收（R）、CCD接收等单元组装在精密光具座上，构成声光调制仪的光路系统。（2）电路系统除光电转换接收部件外，其余电路单元全部组装在同一主控单元之中。调制监视接收光强指示紫波电压指示紫波频率指示MHZV外调输入0电源解调输出解调幅皮戴玻幅度*戴波频率调制箱度INOOO0I-()教波选择图4主控单元前面板图4为电路单元的仪器前面板图，各控制部件的作用如下：★电源开关控制主电源，按通时开关指示灯亮：同时对半导体激光器供电★解调输出解调信号可送示波器显示的插座★解调幅度用以调节解调监听与信号输出的幅度★载波幅度用以调节声光调制的超声信号功率★载波选择用以对声光调制超声源的选择：关一一无声光调制11
11 由图可见，声光调制实验系统由光路与电路两大单元组成，图 3 示出系统的结构框图。 载波频率指示 载波幅度指示 接收光强指示 声光晶体 调制信号源 激光电源 主控单元 激光器 光电信号 解调输出 调制波 解调波 信号 解调输出 外接调制信号 或音频信号 超声载波信号源 光电接收 线阵 信号输出 （扩展用） YⅡ YⅠ 图 3 声光调制实验系统框图 （1）光路系统 由激光管（L）、声光调制晶体（AOM）与光电接收（R）、CCD 接收等单元组装在精密光 具座上，构成声光调制仪的光路系统。 （2）电路系统 除光电转换接收部件外，其余电路单元全部组装在同一主控单元之中。 图 4 主控单元前面板 图 4 为电路单元的仪器前面板图，各控制部件的作用如下： 电源开关 控制主电源，按通时开关指示灯亮；同时对半导体激光器供电 解调输出 解调信号可送示波器显示的插座 解调幅度 用以调节解调监听与信号输出的幅度 载波幅度 用以调节声光调制的超声信号功率 载波选择 用以对声光调制超声源的选择： 关——无声光调制
80MHz一一使用80MHz晶振的声光调制I——60~80MHz声光调制II——80～100MHz声光调制★载波频率用以调节声光调制的超声信号频率★调制监视将调制信号输出到示波器显示的插座（输出波形既可与解调信号进行比较，也可呈现出射光的能量分布状态）★外调输入用于对声光调制的载波信号进行音频调制的插座（插入外来信号时1kHz内置的音频信号自动断开）★调制幅度用以调节音频调制信号的大小★接收光强指示数字显示经光电转换后光信号大小+载波电压指示数字显示声光调制的超声信号幅度★载波频率指示数字显示声光调制的超声信号频率00解调监听一一疏光蛋电源乾波输翰出一至接收器交流电源0220Y 1AO0图5控制单元后面板图5为电路单元的仪器后面板图，板面各插座的功能如下：★交流电源右侧下部为标准三芯电源插座，用以连接220V交流市电，插座上方系保护电源用的熔丝+至接收器与光电接收器连接的接口插座★载波输出输出超声功率至声光调制器的插座★激光器电源供半导体激光器用的电源输出插座★解调监听直接送有源扬声器发声的输出插座（3）系统连接1、光源将半导体激光器电源线缆插入主控单元后面板的“激光器电源”插座中2、声光调制由声光调制器的BNC插座引出的同轴电缆插入主控单元后面板的“载波输出”插座上3、光电接收将光电接收部件（位于光具座末端）的多芯电缆连接到主控单元后面板的“至接收器”航空插座上，以便将光电接收信号送到主控单元4、解调输出光电接收信号由“解调输出”插座输出，主控单元中的内置信号（或外调输入信号）由“调制监视”插座输出。以上两信号可同时送入双踪示波器显示或进行比较。12
12 80MHz——使用 80MHz 晶振的声光调制 Ⅰ——60～80MHz 声光调制 Ⅱ——80～100MHz 声光调制 载波频率 用以调节声光调制的超声信号频率 调制监视 将调制信号输出到示波器显示的插座（输出波形既可与解调信号进 行比较，也可呈现出射光的能量分布状态） 外调输入 用于对声光调制的载波信号进行音频调制的插座（插入外来信号时 1kHz 内置的音频信号自动断开） 调制幅度 用以调节音频调制信号的大小 接收光强指示 数字显示经光电转换后光信号大小 载波电压指示 数字显示声光调制的超声信号幅度 载波频率指示 数字显示声光调制的超声信号频率 图 5 控制单元后面板 图 5 为电路单元的仪器后面板图，板面各插座的功能如下： 交流电源 右侧下部为标准三芯电源插座，用以连接 220V 交流市电，插座上方 系保护电源用的熔丝 至接收器 与光电接收器连接的接口插座 载波输出 输出超声功率至声光调制器的插座 激光器电源 供半导体激光器用的电源输出插座 解调监听 直接送有源扬声器发声的输出插座 （3）系统连接 1、光源 将半导体激光器电源线缆插入主控单元后面板的“激光器电源”插座中 2、声光调制 由声光调制器的 BNC 插座引出的同轴电缆插入主控单元后面板的“载波 输出”插座上 3、光电接收 将光电接收部件（位于光具座末端）的多芯电缆连接到主控单元后面板 的“至接收器”航空插座上，以便将光电接收信号送到主控单元 4、解调输出 光电接收信号由“解调输出”插座输出，主控单元中的内置信号（或外调 输入信号）由“调制监视”插座输出。以上两信号可同时送入双踪示波器 显示或进行比较