《光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》講義

1、.光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)講義PAGE ：.； 11 -實(shí) 驗(yàn) 講 義光信息教研室2021年9月目 錄 TOC h z t 標(biāo)題 1,1 HYPERLINK l _Toc370133609 實(shí)驗(yàn)一 LD/LED的P-I-V特性曲線測(cè)試 PAGEREF _Toc370133609 h - 2 - HYPERLINK l _Toc370133610 實(shí)驗(yàn)二 光纖數(shù)值孔徑丈量實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc370133610 h - 8 - HYPERLINK l _Toc370133611 實(shí)驗(yàn)三 光源調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc370133611 h 10 HYPERLINK l _Toc370

2、133612 實(shí)驗(yàn)四 電光調(diào)制實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc370133612 h 15 HYPERLINK l _Toc370133613 實(shí)驗(yàn)五 聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc370133613 h 19 HYPERLINK l _Toc370133614 實(shí)驗(yàn)六、APD特性參數(shù)的丈量 PAGEREF _Toc370133614 h 25實(shí)驗(yàn)一 LD/LED的P-I-V特性曲線測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、經(jīng)過(guò)測(cè)試LD/LED的功率電流P-I特性曲線和電壓電流V-I特性曲線，計(jì)算閾值電流Ith，掌握LED發(fā)光二極管和LD半導(dǎo)體激光器的任務(wù)特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)試LD/LED的功率電流P-I

3、特性曲線和電壓電流V-I特性曲線。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、LD激光二極管帶尾纖輸出，F(xiàn)C型接口 1只2、LED發(fā)光二極管 1只3、LD/ LED電流源 1臺(tái)4、光功率計(jì) 1臺(tái)5、萬(wàn)用表 1臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理激光器是使任務(wù)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反響，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。激光，其英文LASER就是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation受激輻射的光放大的縮寫。1、半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造半導(dǎo)體是由大量原子周期性有序陳列構(gòu)成的共價(jià)晶體，由于臨近原子的作用，電子所處的能態(tài)擴(kuò)展成能級(jí)延續(xù)分布的能帶，如以下圖a所示，

4、能量低的能帶稱為價(jià)帶，能量高的能帶稱為導(dǎo)帶，導(dǎo)帶底的能量Eu和價(jià)帶頂?shù)哪芰縀l之間的能量差稱為禁帶寬度或帶隙，不同的半導(dǎo)體資料有不同的帶隙。本征半導(dǎo)體中導(dǎo)帶和價(jià)帶被電子和空穴占據(jù)的幾率是一樣的，N型半導(dǎo)體導(dǎo)帶被電子占據(jù)的幾率大，P型半導(dǎo)體價(jià)帶被空穴占據(jù)的幾率大。如以下圖b、c所示。圖1 半導(dǎo)體激光器的電子和空穴分布半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造多種多樣，根本構(gòu)造是以下圖所示的雙異質(zhì)結(jié)平面條形構(gòu)造。這種構(gòu)造由三層不同類型半導(dǎo)體資料構(gòu)成，中間層通常為厚度為0.10.3m的窄帶隙P型半導(dǎo)體，稱為有源層，作為任務(wù)介質(zhì)，兩側(cè)分別為具有較寬帶隙的N型和P型半導(dǎo)體，稱為限制層。具有不同帶隙寬度的兩種半導(dǎo)體單晶之間的構(gòu)造

5、稱為異質(zhì)結(jié)。有源層與右側(cè)的N層之間構(gòu)成的是P-N異質(zhì)結(jié)，而與左側(cè)的P層之間構(gòu)成的是P-P異質(zhì)結(jié)，故這種構(gòu)造又稱N-P-P雙異質(zhì)構(gòu)造，簡(jiǎn)稱DH構(gòu)造。圖2 半導(dǎo)體激光器的根本構(gòu)造施加正向偏壓后，就能使右側(cè)的N層向有源層注入電子，左側(cè)的P層向有源層注入空穴，但由于左側(cè)的P層帶隙寬，導(dǎo)帶的能態(tài)比有源層高，對(duì)注入電子構(gòu)成了勢(shì)壘，注入到有源層的電子不能夠分散到P層，同理，注入到有源層的空穴也不能夠分散到N層。這樣，注入到有源層的電子和空穴被限制在0.10.3m的有源層內(nèi)，構(gòu)成了粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布。前后兩個(gè)晶體解理面作為反射鏡構(gòu)成諧振腔。給半導(dǎo)體激光器施加正向偏壓，即注入電流是維持有源層介質(zhì)的原子永遠(yuǎn)堅(jiān)持粒子

6、數(shù)的反轉(zhuǎn)分布，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子作為激發(fā)光子誘發(fā)受激輻射，受激輻射產(chǎn)生的更多新光子作為新的激發(fā)光子誘發(fā)更強(qiáng)的受激輻射。2、半導(dǎo)體激光器的主要特性1輸出電壓特性LD和LED都是半導(dǎo)體光電子器件，其中心部分都是P-N結(jié)。因此其具有與普通二極管相類似的V-I特性曲線，如以下圖所示：圖3 激光器輸出V-I特性曲線由V-I曲線我們可以計(jì)算出LD/LED總的串聯(lián)電阻R和開門電壓VT。2輸出光功率特性激光器光功率特性通常用輸出光功率與鼓勵(lì)電流I的關(guān)系曲線，既PI曲線表示。圖4 LD/LED的P-I特性曲線在構(gòu)造上，由于LED與LD相比沒(méi)有光學(xué)諧振腔。因此，LD和LED的功率電流的P-I關(guān)系特性曲線那么有很大

7、的差別。LED的P-I曲線根本上是一條近似的直線。從圖5中可以看出LD的P-I曲線有一閾值電流Ith，只需在任務(wù)電流IfIth部分，P-I曲線才近似一根直線。而在IfIth部分，LD輸出的光功率幾乎為零。給半導(dǎo)體激光器注入電流，就是給激光器有源層半導(dǎo)體任務(wù)介質(zhì)注入能量，對(duì)價(jià)帶上的載流子電子進(jìn)展激發(fā)，當(dāng)注入電流較小時(shí)，導(dǎo)帶和價(jià)帶間載流子不能構(gòu)成反轉(zhuǎn)分布，這時(shí)從導(dǎo)帶上躍遷到價(jià)帶上的載流子主要以自發(fā)輻射為主，產(chǎn)生的是熒光，即非相關(guān)光。當(dāng)注入電流到達(dá)一定值時(shí)，導(dǎo)帶和價(jià)帶間載流子才干構(gòu)成反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，激光器才有激光(即相關(guān)光)輸出，這個(gè)一定值稱為閾值電流。閾值電流以后，隨著注入電流的增大，導(dǎo)帶

8、和價(jià)帶間粒子數(shù)差值增大，激光增益系數(shù)增大，輸出功率添加，并與注入電流近似成線性關(guān)系，如下式所示。式中If為注入電流，為普朗克常數(shù)，為入射光頻率，為光速，為入射光波長(zhǎng)，e為電子電量，D為外微分量子效率，Ith為閾值電流，Pth為閾值功率。根據(jù)P-I曲線可以求出激光器的閾值電流Ith和外微分量子效率D：將P-I曲線的線性部分作直線與橫坐標(biāo)相交，交點(diǎn)處的電流值即為激光器的閾值電流；曲線線性部分的斜率為，由曲線求得斜率，可計(jì)算D。3溫度特性激光器輸出光功率是隨溫度而變化的，有兩個(gè)緣由：一是激光器閾值電流Ith隨溫度升高而增大，二是激光器外微分量子效率D隨溫度升高而減小。溫度升高時(shí)，Ith增大，D減小，

9、輸出光功率明顯下降，到達(dá)一定溫度時(shí)，激光器就不激射了。當(dāng)以直流電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，閾值電流Ith隨溫度的變化更加明顯。閾值與溫度的近似關(guān)系可以表示為：式中，為室溫，為室溫下的閾值電流，為特征溫度。不同溫度下，LD的P-I曲線如圖3，根據(jù)此圖可以求出LD的特征溫度。 圖5 LD溫度特性曲線3、ZY-YSLD3125型激光器我們所用ZY-YSLD3125型半導(dǎo)體激光器是具有多量子阱F-P腔激光器LD，內(nèi)置背景光探測(cè)器PD，這種激光器運(yùn)用時(shí)具有以下圖所示四種型式：圖6 LD激光器的四種方式圖中，LD為激光器，PD為背景光探測(cè)器。PD-N side dwon的管是探測(cè)器PD的負(fù)N與激光器LD的負(fù)N或正P相連，

10、PD-P side dwon的管是探測(cè)器PD的正負(fù)P與激光器LD的負(fù)N或正P相連，與激光器LD的負(fù)N相連的稱為DVD型管，與激光器LD的正P相連的稱為POINT型管。所用ZY-YSLD3125型激光器為PD-N side dwon的POINT型管，單模光纖同軸封裝，帶尾纖FC銜接。性能目的如下表所示參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位額定功率PoutIop=Ith+200.21mW中心波長(zhǎng)CW129013101330nm光譜寬度CW25nm閾值電流IthCW1015mA任務(wù)電流IopCWIth+20mA探測(cè)器電流ImCW100A探測(cè)器暗電流IdCW0.1nA 表中CW表示延續(xù)。管腳圖如下圖7

11、 LD引腳闡明：1.激光器正&管殼；2.激光器負(fù)；3.探測(cè)器負(fù)；4.探測(cè)器正。4、ZY-YSLED3215型LED發(fā)光二極管ZY-YSLED3215型LED發(fā)光二極管的性能目的如下表所示： 參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位額定功率PoutIF =60mA10W中心波長(zhǎng)CW128013100nm光譜寬度CW170nm任務(wù)電壓VopCW1.21.7V上升下降時(shí)間Tr/TfCW3ns管腳闡明如下：圖8 LED引腳闡明：1.管殼； 2.LED負(fù)；3.LED正5、ZY606型LD/ LED電流源本機(jī)為激光二極管LD公用測(cè)試設(shè)備，可廣泛用于650nm、780nm、808nm、850nm、980nm、

12、1310nm、1550nm等各種中小功率LD的電流測(cè)試及老化測(cè)試。設(shè)備內(nèi)部帶APC(Automatic Power Control)電路及ACC(Automatic Current Control)電路，可以實(shí)現(xiàn)以下三種功能：1 LD電源；2 Iop及Im電流測(cè)試；3 LD恒功老化及恒流老化。圖9 儀器前面板操作闡明本機(jī)只能對(duì)PD-N side down的LD進(jìn)展丈量，不能用來(lái)丈量PD-P side down安裝的激光器，否那么會(huì)損壞激光器。本機(jī)的一大特征是設(shè)備內(nèi)部帶APCAutomatic Power Control電路，這種電路是LD在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)通常采用的一種恒功控制電路。因此，一只LD在

13、本機(jī)上所表現(xiàn)的直流特性，將與它在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)的直流特性完全一致。有了這種恒功控制電路，就可以長(zhǎng)期通電對(duì)LD進(jìn)展壽命及穩(wěn)定性考核。從而反映出LD在運(yùn)用產(chǎn)品如光通訊模塊、DVD激光頭等中任務(wù)時(shí)的穩(wěn)定性。沒(méi)有APC電路的設(shè)備，那么不能實(shí)現(xiàn)上述功能。操作步驟1通電之前，確?！按终{(diào)“細(xì)調(diào)旋鈕在最小值位置。這樣可防止沖擊電流損壞LD。 2確認(rèn)LD或LED曾經(jīng)插接良好后，翻開電源開關(guān)。此時(shí)電源輸出為零，LD或LED尚未發(fā)光。 3恒功丈量：將切換開關(guān)撥到恒功檔，順時(shí)針緩慢調(diào)理輸出功率“粗調(diào)旋鈕，LD射出激光。改調(diào)“細(xì)調(diào)旋鈕，可將LD輸出調(diào)至要求的數(shù)值用一臺(tái)光功率計(jì)來(lái)丈量LD的輸出功率。經(jīng)過(guò)Iop顯示窗口可以讀出

14、輸出電流值，經(jīng)過(guò)Im顯示窗口可以讀出探測(cè)電流值。留意：LED內(nèi)部沒(méi)有探測(cè)器，故不能用恒功檔測(cè)試，只能用恒流檔進(jìn)展測(cè)試。 4恒流丈量：將切換開關(guān)撥到恒流檔，該方式下“細(xì)調(diào)旋鈕無(wú)效，Im窗口顯示讀數(shù)也無(wú)效。只需求調(diào)理輸出功率“粗調(diào)旋鈕即可，經(jīng)過(guò)Iop顯示窗口可以讀出輸出電流值。5恒功老化：將被測(cè)LD調(diào)到固定的功率輸出這個(gè)值由用戶根據(jù)需求確定，并堅(jiān)持不斷電，記錄該LD在通電一定時(shí)間后任務(wù)電流的變化量，從而反映出LD產(chǎn)品在實(shí)踐運(yùn)用中的穩(wěn)定性。6恒流老化：將被測(cè)LD調(diào)到固定的電流輸出這個(gè)值由用戶根據(jù)需求確定，并堅(jiān)持不斷電，記錄該LD在通電一定時(shí)間后輸出功率的變化量，從而反映出LD產(chǎn)品在實(shí)踐運(yùn)用中的穩(wěn)定性

15、。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖10所示線路銜接LD或LED，其引腳闡明見圖7和圖8。本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有采用積分球，可直接將LD或LED與光功率計(jì)銜接，將LD或LED在暗室內(nèi)放入光功率計(jì)的接口處圖10銜接框圖圖10銜接框圖2、通電之前，確?！按终{(diào)、“細(xì)調(diào)旋鈕在最小值位置。這樣可防止沖擊電流損壞LD。實(shí)驗(yàn)中用到的LD是POINTER管，電流源要選擇運(yùn)用POINTER檔位。開啟LD的驅(qū)動(dòng)電源，緩慢調(diào)理電流旋紐逐漸添加任務(wù)電流，并用萬(wàn)用表測(cè)試LD兩端的電壓值。每隔一定電流間隔，記錄LD的電壓值和光功率值。繪制LD的P-I曲線和V-I曲線。I(mA)0369121518U(V)P(uW)表 SEQ 表格 * ARABI

16、C 1 4、開啟LED的驅(qū)動(dòng)電源恒流檔丈量，緩慢調(diào)理“粗調(diào)旋紐逐漸添加任務(wù)電流，并用萬(wàn)用表測(cè)試LED兩端的電壓值。每隔一定電流間隔，記錄LED的電壓值和光功率值。繪制LED的P-I曲線和V-I曲線。I(mA)0102030405060U(V)P(uW)表 SEQ 表格 * ARABIC 2 六、思索題1、串聯(lián)電阻R對(duì)于LD/LED的運(yùn)用性能有何影響？2、為什么LD/LED的輸出特性有較大差別？實(shí)驗(yàn)二 光纖數(shù)值孔徑丈量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟習(xí)光纖數(shù)值孔徑的定義和物理意義；2、掌握丈量光纖數(shù)值孔徑的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、丈量光纖數(shù)值孔徑強(qiáng)度數(shù)值孔徑。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY12226B型光纖數(shù)值孔徑測(cè)

17、試實(shí)驗(yàn)儀 1套四、實(shí)驗(yàn)原理1、光纖的幾何構(gòu)造普通裸光纖具有纖心，包層及敷層外套的三層構(gòu)造，芯和包層由硅玻璃組成，典型單模光纖的芯徑為4-8m，多模光纖為50-100m，幾何外形為圓對(duì)稱，包層直徑普通達(dá)百微米以上，敷層是一個(gè)維護(hù)外套，直徑普通達(dá)百微米或幾百微米，由塑料制成，也有用極薄的清漆或丙烯酸制造。本實(shí)驗(yàn)用的光纖為塑料光纖，纖芯的直徑為1mm，維護(hù)外套直徑為約2.2mm。2、光纖的數(shù)值孔徑假設(shè)光線以入射角進(jìn)入纖芯，假設(shè)纖芯的折射率比包層折射率稍大，那么進(jìn)入纖芯的光線在纖芯與包層界面上有能夠發(fā)生全反射，設(shè)這個(gè)臨界角為，應(yīng)有設(shè)數(shù)值孔徑角，由Snells定理因此光纖的數(shù)值孔徑好像對(duì)微透鏡或成像透鏡

18、的數(shù)值孔徑定義一樣，是入射介質(zhì)的折射率與最大收光角正弦的乘積這與上式同義，故有定義分?jǐn)?shù)折射率差弱導(dǎo)時(shí)有此即為弱導(dǎo)近似下，階躍型光纖數(shù)值孔徑實(shí)際公式。EIAElectronic Industries Association建議，根據(jù)接納光功率最大值的5% 取值。以上是對(duì)于實(shí)際而言，實(shí)踐丈量的是有效數(shù)值孔徑，有效數(shù)值孔徑分強(qiáng)度數(shù)值孔徑和功率數(shù)值孔徑：強(qiáng)度數(shù)值孔徑：用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出光纖遠(yuǎn)場(chǎng)中角強(qiáng)度的分布，把5%最大強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的半角正弦做為強(qiáng)度數(shù)值孔徑NA。功率數(shù)值孔徑：用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出光纖出射光錐總功率90%所對(duì)應(yīng)的半角正弦，稱功率數(shù)值孔徑NA。強(qiáng)度數(shù)值孔徑丈量表示圖如圖1所示：圖1 強(qiáng)度數(shù)值孔徑丈

19、量表示圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、本實(shí)驗(yàn)安裝的旋轉(zhuǎn)調(diào)理臺(tái)的細(xì)調(diào)角度為0-35，先順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)調(diào)理至底部，然后逆時(shí)針約5，此時(shí)運(yùn)用旋轉(zhuǎn)粗調(diào)，調(diào)整發(fā)射與接納光纖的對(duì)準(zhǔn)位置，目測(cè)使其準(zhǔn)直。2、按照實(shí)驗(yàn)一的步驟準(zhǔn)直安裝組件，驅(qū)動(dòng)電流調(diào)至5mA，發(fā)射與接受光纖之間的間距調(diào)至6mm。3、記錄此時(shí)最大的輸出電壓V1和旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的標(biāo)注的角度值1，計(jì)算最大輸出電壓的5%所對(duì)應(yīng)的最小輸出電壓V2。4、逆時(shí)針調(diào)理旋轉(zhuǎn)調(diào)理旋鈕，不斷察看輸出顯示電壓，當(dāng)輸出電壓到達(dá)最小輸出電壓的時(shí)候停頓調(diào)理。5、讀取旋轉(zhuǎn)調(diào)理架上的角度讀數(shù)2，計(jì)算孔徑角=2-1，計(jì)算光纖數(shù)值孔徑NA=sin。6、反復(fù)步驟1、2、3，順時(shí)針調(diào)理旋轉(zhuǎn)調(diào)理旋鈕，每0.

20、5記錄一組數(shù)據(jù)角度和輸出電壓，繪制角度與輸出電壓的關(guān)系曲線。7、恒流驅(qū)動(dòng)調(diào)至最小，封鎖電源，復(fù)原實(shí)驗(yàn)安裝。六、思索題 1、本實(shí)驗(yàn)中影響光纖數(shù)值孔徑丈量精度的要素主要有哪些？PAGE PAGE 30實(shí)驗(yàn)三 光源調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解光源調(diào)制及其解調(diào)的原理2、了解光源調(diào)制及其解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、幅度調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)2、脈沖調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)3、光音頻調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)儀器1、光源及光調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)儀 1臺(tái)2、20M雙蹤示波器 1臺(tái)3、銜接導(dǎo)線 假設(shè)干4、電源線 1根四、實(shí)驗(yàn)原理1、調(diào)制的根本概念調(diào)制就是使載波的某一參量(例如其幅度、頻率、相位等)按欲傳輸信號(hào)規(guī)律變化的過(guò)程。調(diào)制不僅可以

21、使光信號(hào)攜帶信息，從而具有與背景輻射不同的特征，便于抑制背景光的干擾，而且可以抑制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的固有噪聲和外部電磁場(chǎng)的干擾。因此采用調(diào)制的光電系統(tǒng)在信號(hào)的傳輸和探測(cè)過(guò)程中，具有更高的探測(cè)才干。光波的調(diào)制方式很多，可以分為三類：模擬調(diào)制、脈沖調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。 在模擬調(diào)制方式中，信息信號(hào)延續(xù)改動(dòng)載波的強(qiáng)度、頻率、相位或偏振，因此在任何時(shí)辰，信息信號(hào)的幅度與波參數(shù)的幅度之間都有一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。模擬調(diào)制包括調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種方式。其中調(diào)頻和調(diào)相又稱為調(diào)角，如圖1所示；調(diào)頻(或調(diào)角)系統(tǒng)比調(diào)幅系統(tǒng)有較高的抗干擾才干。在調(diào)頻系統(tǒng)中，噪聲疊加在信號(hào)幅度上，可以經(jīng)過(guò)限幅去削掉一部分噪聲

22、而不影響信息的檢出。但是調(diào)幅系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單一些。 圖1 模擬調(diào)制 圖2 脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制和數(shù)字調(diào)制那么是對(duì)信息信號(hào)的幅度按一定規(guī)律間隔取樣，而用脈沖序列作載波。如圖2所示，在脈沖調(diào)制中，脈沖序列的某一參量隨低頻調(diào)制信號(hào)的變化而變化。脈沖調(diào)制主要有脈沖調(diào)幅(PAM)、脈沖調(diào)寬(PWM)、脈沖調(diào)頻(PFM)和脈沖調(diào)位(脈沖調(diào)相或脈沖時(shí)間調(diào)制PPM)等方式。數(shù)字調(diào)制本實(shí)驗(yàn)不做討論。2、解調(diào)的根本概念解調(diào)就是將調(diào)制后的信號(hào)復(fù)原。本實(shí)驗(yàn)儀經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器接納調(diào)制光信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大處置電路將調(diào)制之后的信號(hào)復(fù)原。鎖相環(huán)解調(diào)原理：鎖相環(huán)芯片運(yùn)用LM567(其它型號(hào)有NE567、JRC567等)。LM56

23、7 為通用音調(diào)譯碼器，當(dāng)輸入信號(hào)于通帶內(nèi)時(shí)提供飽和晶體管對(duì)地開關(guān)，電路由 I與 Q檢波器構(gòu)成，由電壓控制振蕩器驅(qū)動(dòng)振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。 主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通訊，對(duì)講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。 其內(nèi)部電路如圖3。圖3 LM567內(nèi)部原理圖4為紅外接納解調(diào)控制電路。圖中，IC2 是 LM567。LM567 是一片鎖相環(huán)電路，采用 8 腳雙列直插塑封。其、腳外接的電阻和電容決議了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率 f2，f21/1.1RC。其、腳通常分別經(jīng)過(guò)一電容器接地，構(gòu)成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級(jí)低通濾波網(wǎng)絡(luò)。腳所接電容決議鎖

24、相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容量應(yīng)至少是腳電容的 2 倍。腳是輸入端，要求輸入信號(hào)25mV。腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開路的三極管，允許最大灌電流為 100mA。LM567 的任務(wù)電壓為4.759V，任務(wù)頻率從直流到 500kHz，靜態(tài)任務(wù)電流約 8mA。LM567的內(nèi)部電路及詳細(xì)任務(wù)過(guò)程非常復(fù)雜，這里僅將其根本功能概述如下：當(dāng) LM567 的腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，腳由高電平變成低電平，腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號(hào)；假設(shè)在器件的腳輸入音頻信號(hào)，那么在腳輸出受腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)。在圖 4 的電路中我們僅利用了 LM567

25、 接納到一樣頻率的載波信號(hào)后腳電壓由高變低這一特性，來(lái)構(gòu)成對(duì)控制對(duì)象的控制。圖4 紅外接納解調(diào)控制電路五、實(shí)驗(yàn)步驟本卷須知1、不得隨意搖動(dòng)和插拔面板上元器件和芯片，以免損壞，呵斥實(shí)驗(yàn)儀不能正常任務(wù)。2、在運(yùn)用過(guò)程中，出現(xiàn)任何異常情況，必需立刻關(guān)機(jī)斷電以確保平安。實(shí)驗(yàn)儀引見1面板各功能模塊引見麥克風(fēng)放大電路：麥克風(fēng)接入音頻插孔，經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)產(chǎn)生音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路后由T9孔輸出，輸出信號(hào)可經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)儀配套銜接線引出。輸出音頻信號(hào)大小可以經(jīng)過(guò)該電路模塊的音量調(diào)理鈕控制。2音頻放大電路：T20孔輸入音頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。音量大小可以經(jīng)過(guò)該模塊音量調(diào)理旋鈕控制。3波形發(fā)生電路：該模塊電路

26、用來(lái)產(chǎn)生方波和正弦波信號(hào)，分別經(jīng)過(guò)T1和T2對(duì)應(yīng)輸出，TP1和TP2用來(lái)接示波器觀測(cè)對(duì)應(yīng)輸出波形，GND接示波器地。調(diào)理頻率調(diào)理旋鈕可以調(diào)整輸出信號(hào)頻率。J2上黑色短路塊用來(lái)選擇輸出頻率范圍：從上之下共三檔，范圍分別是1-100Hz，10-1KHz，50-8KHz。4脈沖調(diào)制電路：該電路用于將波形發(fā)生電路輸出的方波信號(hào)調(diào)制成紅外光信號(hào)，經(jīng)過(guò) TPP丈量其波形。5幅度調(diào)制電路：該電路用于將波形發(fā)生電路輸出的正弦波信號(hào)和麥克風(fēng)放大電路輸出的音頻信號(hào)調(diào)制成紅外光信號(hào)輸出。經(jīng)過(guò)TPA丈量其波形。6放大電路：該電路將光接納輸出信號(hào)進(jìn)展放大。經(jīng)過(guò)TP_PD可丈量放大器輸入信號(hào)，TP3用來(lái)觀測(cè)對(duì)應(yīng)輸出波形。

27、該電路調(diào)理旋鈕用來(lái)調(diào)整放大增益。7判決電路：由于方波信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)后信號(hào)出現(xiàn)畸變，經(jīng)過(guò)該電路可以將發(fā)生畸變的方波信號(hào)23整形復(fù)原成方波信號(hào)。T15為信號(hào)輸入端，T16為信號(hào)輸出端，TP4用來(lái)觀測(cè)對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)。該電路調(diào)理旋鈕用來(lái)調(diào)理判決電平。8鎖相環(huán)電路：該電路輸入方波信號(hào)，當(dāng)輸入方波信號(hào)與鎖相環(huán)中心頻率一致時(shí)，T19孔輸出高低電平控制信號(hào)。該電路調(diào)理旋鈕用來(lái)調(diào)整鎖相環(huán)中信頻率，TP6用來(lái)觀測(cè)中心頻率信號(hào)。TP5用來(lái)觀測(cè)鎖相環(huán)輸出信號(hào)。9信號(hào)指示電路：當(dāng)T17孔輸入高低電平常，對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管發(fā)光或者熄滅。10光發(fā)射和光接納。光發(fā)射經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_1相銜接。光接納經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_2相

28、連。11電源模塊：可以提供+5V/0.5A、-5V/0.5A和+12V/0.5A、-12V/0.5A電源。1波形產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)1、 翻開實(shí)驗(yàn)儀電源開關(guān)，用示波器探頭同時(shí)觀測(cè)TP1對(duì)應(yīng)方波信號(hào)和TP2對(duì)應(yīng)正弦波信號(hào)。2、 J2短路塊短接J2最上面兩個(gè)引腳，調(diào)理頻率調(diào)理旋鈕，觀測(cè)輸出信號(hào)頻率變化范圍。3、 封鎖電源開關(guān)。4、 J2短路塊短接J2中間兩個(gè)引腳，反復(fù)步驟1、2、3。5、 J2短路塊短接J2最下面兩個(gè)引腳，反復(fù)步驟1、2、3。2幅度調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、將光發(fā)射模塊上的開關(guān)撥到幅度調(diào)制一端。2、波形發(fā)生電路正弦波輸出端T2孔用導(dǎo)線銜接至幅度調(diào)制模塊的信號(hào)輸入端T6孔。3、光發(fā)射經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_

29、1相銜接。光接納經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_2相連。4、翻開電源，用示波器同時(shí)察看TP2正弦波信號(hào)和TP3放大電路輸出信號(hào)。調(diào)理放大電路旋鈕可以調(diào)整放大倍數(shù)，直至輸出信號(hào)TP3效果最好為止。5、對(duì)比調(diào)制之前的正弦波信號(hào)和解調(diào)放大之后的正弦波信號(hào)并分析。6、擋住光路，對(duì)比調(diào)制之前的正弦波信號(hào)和解調(diào)放大之后的正弦波信號(hào)并分析。7、封鎖電源。撤除一切連線。3脈沖調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、將光發(fā)射模塊上的開關(guān)撥到脈沖調(diào)制一端。2、波形發(fā)生電路方波輸出端T1孔用導(dǎo)線銜接至脈沖調(diào)制模塊的信號(hào)輸入端T3孔。3、光發(fā)射經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_1相銜接。光接納經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_2相連。4、翻開電源，用示波器察看TP3放大電路

30、輸出信號(hào)。調(diào)理放大電路旋鈕可以調(diào)整放大倍數(shù)，直至輸出信號(hào)效果最好為止。封鎖電源。5、放大電路輸出端T14經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至判決電路輸入端T15，用示波器察看TP4判決電路輸出信號(hào)。翻開電源，調(diào)理判決電路旋鈕，直至輸出占空比大約50%的方波。封鎖電源。6、判決電路輸出端T16經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至信號(hào)指示電路輸入端T17。7、翻開電源，將波形頻率從最低開場(chǎng)調(diào)理，察看對(duì)比脈沖調(diào)制指示燈和信號(hào)指示電路指示燈變化情況并分析。8、擋住光路，察看對(duì)比脈沖調(diào)制指示燈和信號(hào)指示電路指示燈變化情況并分析。9、封鎖電源。撤除一切連線。4鎖相環(huán)解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、翻開電源，用示波器察看TP6鎖相環(huán)中心頻率信號(hào)。調(diào)理鎖相環(huán)電路旋鈕察看并

31、記住中心頻率調(diào)理范圍。波形發(fā)生電路J2短路塊短接中間兩個(gè)引腳，用示波器觀測(cè)TP1方波輸出信號(hào)，調(diào)理頻率調(diào)理旋鈕，使輸出方波頻率在鎖相環(huán)中心頻率范圍內(nèi)，封鎖電源。2、波形發(fā)生電路方波輸出端T1孔用導(dǎo)線銜接至脈沖調(diào)制模塊的信號(hào)輸入端T3孔。3、光發(fā)射經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_1相銜接。光接納經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_2相連。將光發(fā)射模塊上的開關(guān)撥到脈沖調(diào)制一端。4、翻開電源，用示波器察看TP3放大電路輸出信號(hào)。調(diào)理放大電路旋鈕可以調(diào)整放大倍數(shù)，直至輸出信號(hào)效果最好為止。封鎖電源5、翻開電源，放大電路輸出端T14經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至判決電路輸入端T15，用示波器察看TP4判決電路輸出信號(hào)。翻開電源，調(diào)理判決電路旋

32、鈕，直至輸出占空比大約50%的方波。封鎖電源。6、判決電路輸出端T16經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至鎖相環(huán)電路輸入端T17。鎖相環(huán)電路輸出端T19經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至信號(hào)指示電路輸入端T17。7、翻開電源，用示波器觀測(cè)TP6鎖相環(huán)中心頻率信號(hào)，調(diào)理鎖相環(huán)電路旋鈕使中心頻率信號(hào)和方波信號(hào)頻率相等。8、遮擋光路，察看信號(hào)指示電路指示燈變化。用示波器察看TP5鎖相環(huán)輸出信號(hào)變化，分析鎖相環(huán)任務(wù)過(guò)程，及其運(yùn)用場(chǎng)所。9、封鎖電源。撤除一切連線。5) 音頻實(shí)驗(yàn)1、將麥克風(fēng)也可以將其它音源設(shè)備輸出接至麥克風(fēng)放大電路輸入端音頻插孔，麥克風(fēng)放大電路輸出端T9經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至音頻放大電路輸入端T20。2、翻開電源，對(duì)著麥克風(fēng)說(shuō)話或播放音

33、樂(lè)，調(diào)理兩個(gè)音量調(diào)理旋鈕，直至輸出音量適中。分析音頻傳輸過(guò)程。3、封鎖電源，撤除一切連線。6) 音頻調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、將麥克風(fēng)也可以將其它音源設(shè)備輸出接至麥克風(fēng)放大電路輸入端音頻插孔，麥克風(fēng)放大電路輸出端T9經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至音幅度調(diào)制電路輸入端T6。將光發(fā)射模塊上的開關(guān)撥到幅度調(diào)制一端。光發(fā)射經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_1相銜接。光接納經(jīng)過(guò)5芯屏蔽線與HK_2相連。將光發(fā)射模塊上的開關(guān)撥到幅度調(diào)制一端。2、放大電路輸出端T14經(jīng)過(guò)導(dǎo)線銜接至音頻放大電路輸入端T20。3、翻開電源，對(duì)著麥克風(fēng)說(shuō)話或播放音樂(lè)，調(diào)理兩個(gè)音量調(diào)理旋鈕和放大電路旋鈕，直至輸出音量適中。分析音頻調(diào)制解調(diào)過(guò)程。4、遮擋光路，察看輸出音

34、頻變化，并分析。5、封鎖電源，撤除一切連線。六、思索題1、解調(diào)出來(lái)的信號(hào)會(huì)發(fā)生畸變，分析緣由。2、根據(jù)鎖相環(huán)原理，設(shè)計(jì)單路紅外遙控電路。實(shí)驗(yàn)四 電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電光調(diào)制器的構(gòu)造和任務(wù)原理，掌握晶體電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)方法。2、實(shí)現(xiàn)模擬光調(diào)制。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、組裝電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)安裝。2、模擬光調(diào)制。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈮酸鋰電光調(diào)制器 1套2、起偏器 1個(gè)3、檢偏器 1個(gè)4、1/4波片 1個(gè)5、He-Ne激光器帶電源 1臺(tái)6、光電探測(cè)器 1個(gè)7、ZY605電光調(diào)制器 1臺(tái)8、ZYEOM-II-SS信號(hào)源 1太9、雙蹤示波器 1臺(tái)10、音頻信號(hào)源 1個(gè)四、實(shí)驗(yàn)原理1、橫向電光效應(yīng)由晶體光學(xué)原理可

35、知，對(duì)于橫向電光效應(yīng)，在加上電壓之后，晶體旋轉(zhuǎn)后的兩個(gè)主軸方向和方向的折射率要發(fā)生變化，不再相等。因此沿和方向振動(dòng)的光的傳播速度也不相等，這樣在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)為厚為的晶體后要產(chǎn)生相位差。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，有如下表達(dá)式：上式中第一項(xiàng)表示天然雙折射呵斥的相位差，第二項(xiàng)由電光效應(yīng)引起，為電光延遲。是光經(jīng)過(guò)晶體在主軸和方向傳播的相位差；V是沿垂直晶體光軸方向加上的電壓。為晶體的橫向半波電壓，對(duì)一定傳播長(zhǎng)度而言，與晶體的厚度成正比，晶體越薄，那么橫向半波電壓越小，越容易實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制。2、橫向電光調(diào)制器構(gòu)造圖1 橫向電光振幅調(diào)制器圖1 橫向電光振幅調(diào)制器典型的電光振幅調(diào)制器構(gòu)造如圖1所示。P、Q分別為起偏器和檢偏器，能

36、將尋常光轉(zhuǎn)換為與偏振片偏振方向一樣的偏振光。二者構(gòu)造一樣，但偏振方向相互垂直。P的偏振方向平行于晶體的x主軸，Q的偏振方向平行于晶體的y主軸。在P、Q之間放置鈮酸鋰電光晶體和1/4波片。3、調(diào)制原理加上橫向電場(chǎng)后，鈮酸鋰電光晶體的感應(yīng)主軸分別旋轉(zhuǎn)到與原主軸成45的夾角方向和。入射光經(jīng)過(guò)P后分解成沿和軸兩個(gè)相位和振幅都分別相等的分量。假設(shè)入射光的輸入光強(qiáng)，那么輸出光強(qiáng)=22sin2(/2)。所以透過(guò)率： 圖2 電光信號(hào)調(diào)制曲線由T-V曲線圖可以看出，其關(guān)系曲線是非線性的，所以必需選取適宜的調(diào)制任務(wù)點(diǎn)，否那么調(diào)制光強(qiáng)將發(fā)生畸變。但是在附近有線性關(guān)系，因此在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，必需設(shè)法使調(diào)制器任務(wù)在這段線性

37、部分。在中間參與1/4波片，使得在和兩個(gè)分量間的相位差，此時(shí)透過(guò)率為：式中電壓V在直線部分變動(dòng)，由于調(diào)制電壓值普通遠(yuǎn)小于半波電壓,即VV,因此上式可近似為這闡明在一個(gè)小的正弦調(diào)制電壓的作用下，就會(huì)使已調(diào)制光波的強(qiáng)度變化與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，那么光強(qiáng)的變化就能正確的反映信號(hào)的變化。當(dāng)V0時(shí)，透過(guò)光強(qiáng)I0；當(dāng)V=V時(shí)，透過(guò)光強(qiáng)最大；V=V/2時(shí)，透過(guò)的光強(qiáng)為最大值的一半。以下圖為加波片和不加波片的區(qū)別表示圖由圖可見,加波片相當(dāng)于給調(diào)制器添加了一個(gè)直流偏壓,從而使調(diào)制器的任務(wù)點(diǎn)移到這一中心點(diǎn)，在此任務(wù)點(diǎn)附近，輸出光強(qiáng)度隨外加電壓的變化近似線型，于是很小的正弦信號(hào)就能引起不畸變的正弦輸出調(diào)制光強(qiáng)。五、

38、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)安裝如圖3所示；2、按如下圖布置好光路的各元器件，翻開氦氖激光器電源開關(guān)，調(diào)整底座高度，使輸出的光束依次經(jīng)過(guò)起偏器、電光調(diào)制晶體、波片、檢偏器后，光束落在探測(cè)器接納區(qū)域，將探測(cè)器與示波器的CH1/CH2相連，直接察看此時(shí)有無(wú)光照的情況下示波器波形的變化。3、將ZY605電光調(diào)制器信號(hào)源的信號(hào)輸出CH1/CH2輸出電纜與示波器相連，將信號(hào)源的輸出信號(hào)設(shè)置為峰-峰值=80V左右，頻率設(shè)置為1KHZ，封鎖電源。4、將ZY605電光調(diào)制器信號(hào)源的信號(hào)輸出CH2輸出電纜線與電光調(diào)制器相連。5、翻開信號(hào)源開關(guān)，調(diào)整起偏器和檢偏器，使之成正交，再調(diào)整1/4波片，察看示波器的波形，直到調(diào)制出來(lái)

39、的波形明晰且無(wú)失真為止。圖4 實(shí)驗(yàn)安裝圖圖4 實(shí)驗(yàn)安裝圖改動(dòng)信號(hào)源的輸出頻率，輸出一定頻率的正弦波，察看調(diào)制光的波形，記錄所觀測(cè)到的波形。7、調(diào)理此正弦信號(hào)的幅度，記錄波形的變化。8、將信號(hào)源改為音頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)源及音箱定性察看音頻信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。六、思索題1、上述實(shí)驗(yàn)中1/4波片的作用是什么？2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中去掉起偏器或檢偏器能否察看到實(shí)驗(yàn)景象？為什么？實(shí)驗(yàn)五 聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解聲光調(diào)制器的構(gòu)造和任務(wù)原理，掌握晶體聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)方法。2、掌握聲光調(diào)制中各項(xiàng)丈量參數(shù)的丈量方法。3、實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)聲光調(diào)制與解調(diào)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、聲光調(diào)制光路調(diào)整。2、聲光效應(yīng)參數(shù)丈量。3、模擬信號(hào)聲光

40、調(diào)制與解調(diào)。三、實(shí)驗(yàn)儀器 1、聲光調(diào)制實(shí)驗(yàn)儀 一臺(tái) 2、示波器 一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理假設(shè)有一超聲波經(jīng)過(guò)某種均勻介質(zhì)，介質(zhì)資料在外力作用下發(fā)生形變，分子間因相互作用力發(fā)生改動(dòng)而產(chǎn)生相對(duì)位移，將引起介質(zhì)內(nèi)部密度的起伏或周期性變化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介質(zhì)折射率發(fā)生周期性改動(dòng)。這種由于外力作用而引起折射率變化的景象稱為彈光效應(yīng)。彈光效應(yīng)存在于一切物態(tài)。如上所述，當(dāng)聲波經(jīng)過(guò)介質(zhì)傳播時(shí)，介質(zhì)就會(huì)產(chǎn)生和聲波信號(hào)相應(yīng)的、隨時(shí)間和空間周期性變化的。這部分受擾動(dòng)的介質(zhì)等效為一個(gè)“相位光柵。其光柵常數(shù)就是聲波波長(zhǎng)s，這種光柵稱為超聲光柵。聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，有行波和駐波兩種方式。特點(diǎn)是行波構(gòu)

41、成的超聲光柵的柵面在空間是挪動(dòng)的，而駐波場(chǎng)構(gòu)成的超聲光柵柵面是駐立不動(dòng)的。當(dāng)超聲波傳播到聲光晶體時(shí)，它由一端傳向另一端。到達(dá)另一端時(shí)，假設(shè)遇到吸聲物質(zhì)，超聲波將被吸聲物質(zhì)吸收，而在聲光晶體中構(gòu)成行波。由于機(jī)械波的緊縮和伸長(zhǎng)作用，那么在聲光晶體中構(gòu)成行波式的疏密相間的構(gòu)造，也就是行波方式的光柵。當(dāng)超聲波傳播到聲光晶體時(shí)，它由一端傳向另一端。假設(shè)遇見反聲物質(zhì)，超聲波將被反聲物質(zhì)反射，在前往途中和入射波疊加而在聲光晶體中構(gòu)成駐波。由于機(jī)械波緊縮伸長(zhǎng)作用，在聲光晶體中構(gòu)成駐波方式的疏密一樣的構(gòu)造，也就是駐波方式的光柵。聲光效應(yīng)是指光經(jīng)過(guò)某一遭到超聲波擾動(dòng)的介質(zhì)時(shí)發(fā)生衍射的景象，這種景象是光波與介質(zhì)中聲

42、波相互作用的結(jié)果。布拉格聲光調(diào)制假設(shè)聲波頻率較高，且聲光作用長(zhǎng)度較大，此時(shí)的聲擾動(dòng)介質(zhì)也不再等效于平面位相光柵，而構(gòu)成了立體位相光柵。這時(shí)，相對(duì)聲波方向以一定角度入射的光波，其衍射光在介質(zhì)內(nèi)相互關(guān)涉，使高級(jí)衍射光相互抵消，只出現(xiàn)0級(jí)和1級(jí)的衍射光，這就是布拉格聲光衍射，如圖1所示，這種衍射方式效率較高，有利于制成各種適用器件。圖1 布拉格聲光衍射下面從波的干涉加強(qiáng)條件來(lái)推導(dǎo)布拉格方程。為此，可把聲波經(jīng)過(guò)的介質(zhì)近似看作許多相距s的部分反射、部分透射的鏡面。對(duì)于行波場(chǎng)，這些鏡面將以速度s沿x方向挪動(dòng)由于mc所以在某一瞬間，超聲場(chǎng)可近似看成是靜止的，因此對(duì)衍射光的分布沒(méi)影響。對(duì)駐波超聲場(chǎng)那么完全是不

43、動(dòng)的。當(dāng)平面波以i入射至聲波場(chǎng)，在B、C、E各點(diǎn)處部分反射，產(chǎn)生衍射光。各衍射光相關(guān)加強(qiáng)的條件是它們之間的光程差應(yīng)為其波長(zhǎng)的整數(shù)倍，或者說(shuō)必需同相位。圖2表示在同一鏡面上的衍射情況，入射光在B、C點(diǎn)的反射光同相位的條件必需使光程差A(yù)C-BD等于光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即 (1)圖2 入射光束在鏡面上發(fā)生衍射要使聲波面上一切點(diǎn)同時(shí)滿足這以條件，只需使 (2)即入射角等于衍射角才干實(shí)現(xiàn)。對(duì)于相距s的兩個(gè)不同的鏡面上的衍射情況，由上下面反射的反射光具有同相位的條件，其光程差FE+EG必需等于光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即 (3)思索到，所以 或 (4)式中，i=d=B，B稱為布拉格角?？梢?，只需入射角等于布拉格角B

44、時(shí)，在聲波面上的光波才具有同相位，滿足相關(guān)加強(qiáng)的條件，得到衍射極值，上式稱為布拉格方程。由于發(fā)生布拉格聲光衍射時(shí)，聲光相互作用長(zhǎng)度較大，屬于體光柵情況。實(shí)際分析闡明，在聲波場(chǎng)的作用下入射光和衍射光之間存在如下關(guān)系 (5)式中Ei和Ej分別為入射和衍射光場(chǎng)，這為我們描畫兩個(gè)光場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)換效率提供了方便。定義：在作用間隔 L處衍射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)之比為聲光衍射效率，即 (6)由于，留意到。因此，(6)式可寫為 (7)式中是傳播間隔 L后位相改動(dòng)量。引入有效彈光系數(shù)pe和有效應(yīng)變Se， (8)其中有效應(yīng)變Se同聲波場(chǎng)強(qiáng)度Is的關(guān)系是 (9)式中是聲速，是介質(zhì)密度。于是(2.29)式寫成 (10)或 (

45、11)式中，M2是聲光介質(zhì)的物理參數(shù)組合，是由介質(zhì)本身性質(zhì)決議的量，稱為聲光資料的質(zhì)量因數(shù)(或聲光優(yōu)質(zhì)目的)，它是選擇聲光介質(zhì)的主要目的之一。從(4)式可見：(a)假設(shè)在超聲功率Ps一定的情況下，欲使衍射光強(qiáng)盡量大，那么要求選擇M2大的資料，并且，把換能器做生長(zhǎng)面較窄即L大H小的方式；(b)假設(shè)超聲功率足夠大，使到達(dá)/2時(shí)，100%(c)當(dāng)Ps改動(dòng)時(shí)，I1/I0也隨之改動(dòng)，因此經(jīng)過(guò)控制Ps(即控制加在電聲換能器上的電功率)就可以到達(dá)控制衍射光強(qiáng)的目的，實(shí)現(xiàn)聲光調(diào)制。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、光路的調(diào)理(1) 在光具座的滑座上放置好激光器和光電接納器，并安裝好聲光調(diào)制器的載物臺(tái)；(2) 按系統(tǒng)銜接方法將激

46、光器、聲光調(diào)制器、光電接納器等組件銜接到聲光調(diào)制電源箱；(3) 光路準(zhǔn)直：翻開電源開關(guān)，接通激光電源。用光闌來(lái)調(diào)整光路，先將半導(dǎo)體激光器放置在導(dǎo)軌零點(diǎn)處鎖定，把光闌拉到激光器附近，再由近及遠(yuǎn)，察看激光光斑打在光闌上的位置，調(diào)整激光器調(diào)整架的前后兩個(gè)螺絲，使激光光斑打在由近及遠(yuǎn)光闌上的位置堅(jiān)持一致，反復(fù)調(diào)理，使得一定間隔 內(nèi)激光束是平行光；(4) 將聲光調(diào)制器的通光孔置于載物平臺(tái)的中心位置，調(diào)整好高度，使得激光束剛好經(jīng)過(guò)通光孔；(5) 調(diào)整光電探測(cè)器的高度，使得激光束落在光電傳感器中心。2、察看聲光調(diào)制的衍射景象1調(diào)理激光束的亮度，使在相屏中心有明晰的光點(diǎn)呈現(xiàn)，此即為聲光調(diào)制的0級(jí)光斑；2翻開聲

47、光調(diào)制電壓，此時(shí)以80MHz為中心頻率的超聲波開場(chǎng)對(duì)聲光晶體進(jìn)展調(diào)制；3微調(diào)載物平臺(tái)上聲光調(diào)制器的轉(zhuǎn)向，以改動(dòng)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；4仔細(xì)調(diào)理光束對(duì)聲光調(diào)制器的角度，當(dāng)+1級(jí)或者1級(jí)衍射光最強(qiáng)時(shí)，聲光調(diào)制器即運(yùn)轉(zhuǎn)在布拉格條件下的偏轉(zhuǎn)形狀。注：布拉格衍射一級(jí)衍射到達(dá)極值的條件是：1)控制電壓為一特定的值；2)入射激光必需以特定的角度布拉格角入射。3、察看交流信號(hào)調(diào)制特性翻開信號(hào)發(fā)生器，輸入交流的正弦波信號(hào)。加法器把直流偏壓和信號(hào)發(fā)生器的交流電壓疊加在一同輸出到線性聲光調(diào)制器上，在示波器上可看到被調(diào)制的半導(dǎo)體激光的正弦波，測(cè)出示波器上信號(hào)波的相對(duì)幅度。改動(dòng)直流

48、偏壓的大小或添加信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)強(qiáng)度，察看輸出波形的調(diào)制特性。不失真波形 下失真波形 上失真波形4、聲光調(diào)制與光通訊實(shí)驗(yàn)演示 在驅(qū)動(dòng)源輸入端參與外調(diào)制信號(hào)如音頻信號(hào)、文字和圖像等，那么衍射光強(qiáng)將隨次信號(hào)變化，從而到達(dá)控制激光輸出特性的目的，實(shí)現(xiàn)模擬光通訊和圖像處置。5、丈量聲光調(diào)制器的衍射效率定義：在作用間隔 處衍射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)之比為聲光衍射效率。衍射效率，其中為最大衍射光強(qiáng)，為0級(jí)光強(qiáng)。6、計(jì)算聲光調(diào)制偏轉(zhuǎn)角定義1級(jí)光和0級(jí)光間的間隔 為d，聲光調(diào)制器到接納孔之間的間隔 為L(zhǎng),由于Ld，即可求出聲光調(diào)制的偏轉(zhuǎn)角： 7、丈量超聲波的波速將超聲波頻率F，偏轉(zhuǎn)角與激光波長(zhǎng)代入，其中F=80MHz

49、，將求出的一同帶入上式即可求得。六、本卷須知1、調(diào)理過(guò)程中必需防止激光直射人眼，以免對(duì)眼睛呵斥危害。2、供電電源應(yīng)提供維護(hù)地線，示波器的地線需與系統(tǒng)良好銜接。3、為防止強(qiáng)激光束長(zhǎng)時(shí)間照射而導(dǎo)致光敏管疲勞或損壞，調(diào)理運(yùn)用后需求隨即用塑蓋將光電接納孔蓋好。七、思索題1、上失真和下失真出現(xiàn)的緣由是什么？2、聲光調(diào)制偏轉(zhuǎn)角丈量實(shí)驗(yàn)可以如何進(jìn)展改良以提高丈量精度？實(shí)驗(yàn)六、APD特性參數(shù)的丈量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)雪崩光電二極管任務(wù)原理的了解。2、掌撐雪崩光電二極管暗電流、光電流的丈量方法。3、了解雪崩光電二極管光照特性曲線，并掌握其光照特性丈量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)試APD的暗電流、光電流及光電特性。

50、三、實(shí)驗(yàn)儀器1、APD光電二極管實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理1、雪崩光電二極管(APD)的構(gòu)造 雪崩光電二極管(APD)的構(gòu)造與PINPD不同表如今添加了一個(gè)附加層，以實(shí)現(xiàn)碰撞電離產(chǎn)生二次電子空穴對(duì)，在反向時(shí)夾在I 層和N層間的P層中存在高電場(chǎng)，該層稱為倍增區(qū)或增益區(qū)雪崩區(qū),耗盡層仍為I層，起產(chǎn)生一次電子空穴對(duì)的作用。 Si-APD最典型的構(gòu)造是拉通型RAPD如圖1所示，有四層構(gòu)造：高摻雜的N+型半導(dǎo)體，為接觸層；P型半導(dǎo)體，為倍增層或稱雪崩區(qū)；輕摻雜半導(dǎo)體層，為漂移區(qū)光吸收區(qū)；高摻雜的P+型半導(dǎo)體，為接觸層。圖1 RAPD的構(gòu)造2、雪崩光電二極管(APD)的任務(wù)原理SAM-APD管有四層構(gòu)造：高摻雜的N+型半導(dǎo)體，為接觸層；P型半導(dǎo)體，為倍增層或稱雪崩區(qū)；輕摻雜半導(dǎo)體I層，為漂移