電光調(diào)制與聲光調(diào)制

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1、電光調(diào)制與聲光調(diào)制實驗目的：1了解調(diào)制種類，理解各種調(diào)制原理。2熟練掌握電光調(diào)制和聲光調(diào)制間的區(qū)別。2能進行簡單的電光調(diào)制和聲光調(diào)制實驗設(shè)計，為后續(xù)的激光語音傳輸實驗打下理論基礎(chǔ)。將傳輸?shù)男畔⒓虞d于激光輻射的過程稱為激光調(diào)制。光調(diào)制指的是使光信號的一個或幾個特征參量按被傳送信息的特征變化，以實現(xiàn)信息檢測傳送目的的方法。光調(diào)制可分為強度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制、頻率和波長調(diào)制。下面將分別介紹各種調(diào)制的原理和方法。1光強度調(diào)制光強度調(diào)制是以光的強度作為調(diào)制對象，利用外界因素使待測的直流或緩慢變化的光信號轉(zhuǎn)換成以某一較快頻率變化的光信號，這樣，就可采用交流

2、選頻放大器放大，然后把待測的量連續(xù)測量出來。2光相位調(diào)制利用外界因素改變光波的相位，通過檢測相位變化來測量物理量的原理稱為光相位調(diào)制。光波的相位由光傳播的物理長度、傳播介質(zhì)的折射率及其分布等參數(shù)決定，也就是說改變上述參量即可產(chǎn)生光波相位的變化，實現(xiàn)相位調(diào)制。3光偏振調(diào)制利用偏振光振動面旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)光調(diào)制最簡單的方法是用兩塊偏振器相對轉(zhuǎn)動，按馬呂斯定理，輸出光強為，式中為兩偏振器主平面一致時所通過的光強；α為兩偏振器主平面間的夾角。4頻率和波長調(diào)制利用外界因素改變光的頻率或光的波長，通過檢測光的頻率或光的波長的變化來測量外界的物理量的原理，稱為光的頻率和

3、波長調(diào)制。實驗內(nèi)容：一、電光調(diào)制利用電光效應實現(xiàn)的調(diào)制叫電光調(diào)制。圖1是典型的電光強度調(diào)制器示意圖，電光晶體(例如KDP晶體)放在一對正交偏振器之間，對晶體實行縱向運用，則加電場后的晶體感應主軸x1′、x2′方向，相對晶軸x1、x2方向旋轉(zhuǎn)45°，并與起偏器的偏振軸P1成45°夾角。圖1電光強度調(diào)制器示意圖通過計算得到檢偏器輸出的光強I與通過起偏器輸入的光強之比為當光路中未插入1/4波片時，上式的即是電光晶體的電光延遲。且所以稱為光強透過率(%)，它隨外加電壓的變化如圖2所示圖2光強透過率隨外加電壓變化圖如果外加電壓是正弦信號則透過率為該式說明，一

4、般的輸出調(diào)制信號不是正弦信號，它們發(fā)生了畸變，如圖2中曲線3所示。如果在光路中插入1/4波片，則光通過調(diào)制器后的總相位差是(π/2+φ)，因此有工作點由O移到A點。在弱信號調(diào)制時，<<，上式可近似表示為可見，當插入1/4波片后，一個小的正弦調(diào)制電壓將引起透射光強在50%透射點附近作正弦變化，如圖2中的曲線4所示。從而實現(xiàn)了輸出調(diào)制信號相對于輸入信號的線性響應。實驗步驟：1搭建如圖1所示的電光調(diào)制系統(tǒng)。2記錄輸入光信號的幅度和頻率，調(diào)節(jié)加在KDP晶體上的電壓類型，記錄輸出光信號的幅度和頻率。二聲光調(diào)制超聲波是一種彈性波，當它通過介質(zhì)時，介質(zhì)中的各點將出

5、現(xiàn)隨時間和空間周期性變化的彈性應變。由于彈光效應，介質(zhì)中各點的折射率也會產(chǎn)生相應的疏密周期性變化。這樣聲光介質(zhì)在超聲波的作用下，就變成了一個等效的相位光柵，當光通過有超聲波作用的介質(zhì)時，相位就要受到調(diào)制，其結(jié)果如同它通過一個衍射光柵，光柵間距等于聲波波長，光束通過這個光柵時就要產(chǎn)生衍射，這就是聲光效應。衍射光的強度、頻率和方向?qū)㈦S超聲波而變化。聲光調(diào)制器就是利用這一原理而實現(xiàn)光束調(diào)制或偏轉(zhuǎn)的。聲波在介質(zhì)中傳播分為行波和駐波兩種形式，行波所形成的聲光柵其柵面是在空間移動的。介質(zhì)折射率的增大和減小是交替變化的，并且以超聲波的速度向前推進。介質(zhì)中折射率的變

6、化如圖3所示，在聲光介質(zhì)中，兩列相向而行的超聲波（其波長、相位和振幅均相同）產(chǎn)生疊加，在空間將形成超聲駐波。聲駐波形成的聲光柵在空間是固定的。聲波在一個周期T內(nèi)，介質(zhì)將兩次出現(xiàn)疏密層，且在波節(jié)處密度保持不變，因而折射率每隔半個周期（T/2）在波腹處變化一次，即由極大值變?yōu)闃O小值，或由極小值變?yōu)闃O大值，在兩次變化的某一瞬間介質(zhì)各部分折射率相同，相當于一個不受超聲場作用的均勻介質(zhì)。圖3介質(zhì)中折射率隨超聲波的變化圖按照超聲波頻率的高低和介質(zhì)中聲光相互作用長度的不同，由聲光效應產(chǎn)生的衍射有兩種常用的極端情況：拉曼—奈斯(Raman-Nath)衍射和布拉格衍射

7、。衡量這兩類衍射的參量是式中，L是聲光相互作用長度；λ是通過聲光介質(zhì)的光波長；λs是超聲波長。當Q≤0.3時，為拉曼—奈斯衍射。當Q≥4π時，為布拉格衍射。而在0.3

8、理論基礎(chǔ)超聲行波的情況假設(shè)頻率為Ω的超聲波是沿x1方向傳播的平面縱波，波矢為Ks，則如圖4所示，在介質(zhì)中將引