声光调制光速测量光速介质折射率测量.pptVIP

声光调制和光速测量 光速和介质折射率的测量 * 目录 1 2 3 4 实验原理 实验目的 参考文献 实验内容 1 实验目的 通过对声光调制的理论认识和实际操作，使学生明白进行光速测量时要对频率甚高的光作怎样处理和如何处理。 加深了学生对实验思想的理解，而且奠定了一定的非线性光学的实验基础。 2 实验原理 （一）声光调制器 声光效应：介质中传播的超声波造成介质的局部压缩和伸长，这种弹性应变使介质的折射率按声波的时间和空间周期性地发生改变，当光通过时就会发生衍射、散射现象。这种光被声作用的现象称为声光效应。 光波通过介质所得到的调制光，其光强变化频率为声频率的２倍。 2 实验原理 （一）声光调制器 考虑各向同性介质，折射率的改变为 (S为应变量，p为声光系数） 当声波为行波时 当声波为驻波时 其中 为声波圆频率， 介质的行波和驻波都使介质折射率在空间呈周期性变化，这相当于一位相光栅。 声波在一个周期T内，介质两次出现疏密层，且在波节处密度保持不变，因而折射率每隔半个周期T/2在波腹处变化一次。 2 实验原理 （二）光速测量原理 2 实验原理 （二）光速测量原理 将频率为10MHz的晶体振荡器信号加到声光调制器上，通过调制器的He-Ne激光束被调制成频率为20MHz的光强调制波。 该调制光被置于导轨上的角锥按原路反射回来，进入光电倍增管进行外差式检测 将频率为19.704MHz的本振信号直接加在光电倍增管上，与入射的20MHz光强调制波在光阴极上产生的电信号进行混频 →→得到频率为296kHz的光差频信号Δf 该信号在光电倍增管内经各倍增极多次倍增放大后送至示波器的Y轴。 →→为了测量光信号在传播时间内产生的相移φ 把未经移相的频率为10MHz的晶振信号直接与19.704MHz信号混频，经过选频放大器，取出与Δf同频的296kHz参考信号 调节电感移相器移相φ，使之与Δf同相，然后送至示波器的X轴进行鉴别 当示波器现实的李萨茹图形为同相直线时，即可由移相器读出此时的φ值 移动导轨上的角锥，匀间隔地测出沿导轨各点坐标X所对应的φ值，以确定X与φ的线性关系，最后求出光速。 2 实验原理 （二）光速测量原理 在外差检测中，被声驻波调制的光波可以近似写成 本征信号加在光阴极上产生的信号场可写成 光阴极上的总场为 产生混频电流为 将光电流信号通过一个选频网络，可得到光外差信号 电差频信号为 将两个信号分别送至示波器的X轴和Y轴，当两振动位相差为mπ时，显示为一条直线 令 （可通过调节移相器实现），于是两振动的相位差为 可得 或是写成 由此可得 ，故有 3 实验内容 （一）声光调制器部分： 按实验装置图（见下图）接通系统 在观察到衍射光斑后，选择光阑位置，使1级或2级衍射光通过，使之入射到光电倍增管，经光电转换后在示波器上观察光强变化的波形。 测量频率，以验证在小信号下衍射光强被等幅声波以2倍的频率调制。 3 实验内容 （二）光速测量部分： 1、斜率法： 调节移相器,测出不同x值时的?值,作?-x关系曲线,关系曲线应为一条直线,用最小二乘法求出斜率m，相关系数r和标准误差。 2、半波长法： 在导轨上移动角锥位置，去x1和x2，用示波器观察，调节移相器，使之满足 则有 因此，可由差值（x2-x1）确定光速c。 4 参考文献 鹤田匡夫. 光速度の测定. O plus E，p.102，1982 鹤田匡夫. 光速度の测定. O plus E，p.94，1982 华中工学院等. 激光技术. 湖南科学出版社，1981 D.N.Page and C.D.Geilker，Measuring the Speed of Light with Laser and Pockels Cell，American Journal of Physics，Vol.40，p94，1982 肖明耀. 实验误差估计与数据处理. 科学出版社，p.36，1980 郭有思. 直线拟合. 物理实验，第5期，1983 高立模. 光速实验的改进. 物理实验，第6期，1984 1 实验原理 1 实验原理 晶体振荡器G2产生的频率为50.10MHz的晶振信号，通过发光二极管LED调制形成光强调制波 经过透镜L1扩束，经反射镜M和聚焦透镜L2入射光电二极管PIN，将光电调制信号进行光电转换 PIN输出与LED同频的信号，经放大后送至混频器2，与本机振荡器G1产生的50.05MHz的晶振