Home實驗項目10】聲光效應A.O.聲光效應實驗

聲光效應實驗

NOTE：講義有改版，此實驗以講義為準。這邊是參考用！

【一】架構聲光效應實驗的裝置

【二】聲光晶體基本特性：偏折角度與聲波頻率之關係

【三】聲光晶體基本特性：繞射效率與聲波功率之關係

【四】聲光調制的觀察-繞射與調變振幅的關係

【五】聲光調制的應用

【零】儀器的使用

高頻訊號產生器-HP 8657A

1=) 0dBm $=\blacktriangleright$ 依序按下高頻信號產生器在Carrier工作區的AMPTD鍵，按下 $\Uparrow$ 或 $\Downarrow$ 鍵，調整 dBm 大小至 0dBm。

2=) 80MHz $=\blacktriangleright$ 先按Carrier工作區的FREQ鍵，再按DATA工作區 ”8” + ”0” + ”MHz” 按鈕。

3=) 0% $=\blacktriangleright$ 確定高頻信號產生器不在調制模式（Modulation工作區按下“OFF”，Modulation顯示0.0％）。

【一】架構聲光效應實驗的裝置

高頻訊號產生器設定為【50%】【80MHz】【0dBm】，提供訊號給放大器。

電源供應器提供 15V 直流電壓給放大器。（電源供應器已經調整好，不要再去動任何旋鈕，只要打開電源開關即可。）

（圖）高頻放大器

放大器輸出訊號給聲光晶體。

（圖）聲光晶體

微調聲光晶體的角度，直到在屏幕上可看到偏離原光點的其它繞射光點，並使一級繞射光點（緊隔原光點左方或右方的光點）強度最強。

原光點的兩側為一級繞射光，再往外則為二級繞射光：

電源供應器關閉---只有原光點。

電源供應器打開（提供 15V 直流電壓）---有繞射光。

【二】聲光晶體基本特性：偏折角度與聲波頻率之關係

原光點與一級繞射光光點的距離為 x，若光點間距離 x 太短不好量測，則可調整聲光晶體與屏幕間的距離 L（建議 L～70cm，視需要～可以再拉長距離）。

改變聲波頻率（高頻訊號產生器），觀察並記錄 x 的變化情形。

$\dfrac{\lambda_i}{\lambda_s}=\dfrac{\lambda_i f_s}{v_s}=\dfrac{x}{L}$

$\lambda_i$ ：光波波長，半導體雷射650nm，氦氖雷射632.8nm

$\lambda_s$ ：聲波波長

【三】聲光晶體基本特性：繞射效率與聲波功率之關係

1=)將光功率計對準原光點（此時電源供應器要『關閉』），測量原光點的強度=______mW

2=)電源供應器開啟，光功率計對準一級繞射光（哪個光點強，就對準那一個~~）

3=)設定高頻訊號產生器的頻率為80MHz，改變高頻訊號產生器的輸出振幅（AMPTD），紀錄一級繞射光的輸出功率。

計算繞射效率。

這邊要留意：振福必須 < 0 dBm，不能往上調。

【四】聲光調制的觀察-繞射與調變振幅的關係

1=)高頻訊號產生器：80MH，AMPTD調至 0 dBm。AM百分比調為50%。

低頻波形產生器：可以先不開，或先不要 "OUTPUT"

紀錄高頻訊號產生器的振幅=______Vp-p

2=)低頻波形產生器：設定輸出為200Hz，200mVp-p。

改變低頻波形產生器輸出振幅為200mVp-p、500mVp-p、1Vp-p、1.2Vp-p、1.5Vp-p，示波器存圖。

觀察調變結果。

補充1：

補充2：

3=)確定一級繞射光最強，若不是，要重新微調聲光晶體，再去做下一步驟實驗。

示波器：CH1耦合設定為直流（DC）。觸發（trigger）設為 CH2。

光偵測器的光窗對準一級繞射光。

微調光偵測器確定接收位置最好。

4=)改變低頻訊號產生器的輸出振幅（不要超過 $2V_{p-p}$ ），紀錄一級繞射光的輸出訊號振幅。

5=)響應頻率

a-低頻訊號產生器設定為 $2V_{p-p}$ ，200Hz。

b-記錄示波器CH1的輸出振幅=______ $mV_{p-p}$ = 振幅百分比 100%

計算振幅百分比 90%=__ $V_{0.9}$ __ $mV_{p-p}$

計算振幅百分比 80%=__ $V_{0.8}$ __ $mV_{p-p}$

計算振幅百分比 70%=__ $V_{0.7}$ __ $mV_{p-p}$

計算振幅百分比 60%=__ $V_{0.6}$ __ $mV_{p-p}$

c-改變（增加）低頻訊號產生器的輸出『頻率』，觀察一級繞射光的輸出訊號振幅。

當一級繞射光的輸出訊號振幅大小為 $V_{0.9}$ 時，記錄此時低頻訊號產生器的輸出頻率=____Hz。

繼續增加低頻訊號產生器的輸出『頻率』

當一級繞射光的輸出訊號振幅大小為 $V_{0.8}$ 時，記錄此時低頻訊號產生器的輸出頻率=____Hz。

當一級繞射光的輸出訊號振幅大小為 $V_{0.7}$ 時，記錄此時低頻訊號產生器的輸出頻率=____Hz。

當一級繞射光的輸出訊號振幅大小為 $V_{0.6}$ 時，記錄此時低頻訊號產生器的輸出頻率=____Hz。

根據以上記錄，當一級繞射光的輸出訊號振幅大小為 $V_{0.7}$ 時，此時低頻訊號產生器的輸出頻率為系統的高頻截止頻率。

【五】聲光調制的應用

手機音源訊號接到高頻訊號產生器，經由聲光效應系統調變並傳輸，最後由擴音喇叭播放聲音。

提醒1：隨便點選一個youtube影片...有聲音的就可以。
提醒2：實驗室裡的是一般 3.5mm to USB 的音源訊號線。

提醒3：可以調整手機音量大小，聽聽看接收端音量是否會跟著變化？

提醒4：如果擴音喇叭的音量還是太小，試著微調雷射進入AO晶體的角度--微調AO晶體的高度角度或是微調雷射方向。或是拿掉線偏振片PL，讓進入聲光晶體的光強度最大。

利用 iPhone 手機輸出音訊：

利用 OPPO 手機輸出音訊：