【文章內(nèi)容簡介】 ，按測量光強時的距離值(光強已知)，記錄開路電壓值于表2中。按圖7B接線，記錄短路電流值于表2中。將單晶硅太陽能電池更換為多晶硅太陽能電池，重復(fù)測量步驟，并記錄數(shù)據(jù)。將多晶硅太陽能電池更換為非晶硅太陽能電池，重復(fù)測量步驟，并記錄數(shù)據(jù)。表2 3種太陽能電池開路電壓與短路電流隨光強變化關(guān)系距 離(㎝)101520253035404550光功率(W)光強I=P/S(W/m2)單晶硅開路電壓VOC(V)短路電流ISC(mA)多晶硅開路電壓VOC(V)短路電流ISC(mA)非晶硅開路電壓VOC(V)短路電流ISC(mA)根據(jù)表2數(shù)據(jù)，畫出三種太陽能電池的開路電壓隨光強變化的關(guān)系曲線。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，畫出三種太陽能電池的短路電流隨光強變化的關(guān)系曲線。3．太陽能電池輸出特性實驗按圖8接線，以電阻箱作為太陽能電池負載。在一定光照強度下(將滑動支架固定在導(dǎo)軌上某一個位置)，分別將三種太陽能電池板安裝到支架上，通過改變電阻箱的電阻值，記錄太陽能電池的輸出電壓V和電流I,并計算輸出功率PO=VI，填于表3中。表3 3種太陽能電池輸出特性實驗 光強I= W/m2單晶硅輸出電壓V(V)01……輸出電流I(A)輸出功率PO(W)多晶硅輸出電壓V(V)01……輸出電流I(A)輸出功率PO(W)非晶硅輸出電壓V(V)01……輸出電流I(A)輸出功率PO(W)根據(jù)表3數(shù)據(jù)作3種太陽能電池的輸出伏安特性曲線及功率曲線，并與圖2比較。找出最大功率點，對應(yīng)的電阻值即為最佳匹配負載。由(1)式計算填充因子。由(2)式計算轉(zhuǎn)換效率。入射到太陽能電池板上的光功率Pin=IS1，S1為太陽能電池板面積。若時間允許，可改變光照強度(改變滑動支架的位置)，重復(fù)前面的實驗。，需用遮光罩罩住太陽能電池，以降低太陽能電池的溫度，減小實驗誤差；，燈罩表面的溫度都很高，請不要觸摸；，否則可能燒壞可變負載；。實驗三 晶體的聲光效應(yīng)實驗聲光效應(yīng)是指光通過某一受到超聲波擾動的介質(zhì)時發(fā)生衍射的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是光波與介質(zhì)中聲波相互作用的結(jié)果。早在本世紀30年代就開始了聲光衍射的實驗研究。60年代激光器的問世為聲光現(xiàn)象的研究提供了理想的光源，促進了聲光效應(yīng)理論和應(yīng)用研究的迅速發(fā)展。聲光效應(yīng)為控制激光束的頻率、方向和強度提供了一個有效的手段。利用聲光效應(yīng)制成的聲光器件，如聲光調(diào)制器、聲光偏轉(zhuǎn)器、和可調(diào)諧濾光器等，在激光技術(shù)、光信號處理和集成光通訊技術(shù)等方面有著重要的應(yīng)用。1. 了解聲光效應(yīng)的原理；2. 了解拉曼－奈斯衍射(RamanNath Diffraction)和布拉格衍射(Bragg Diffraction)的實驗條件和特點；3. 測量聲光偏轉(zhuǎn)和聲光調(diào)制曲線；4. 測量聲光調(diào)制器的衍射效率；5. 完成聲光通信實驗光路的安裝及調(diào)試。當超聲波在介質(zhì)中傳播時，將引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變作時間和空間上的周期性的變化，并且導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也發(fā)生相應(yīng)變化。當光束通過有超聲波的介質(zhì)后就會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這就是聲光效應(yīng)。有超聲波傳播的介質(zhì)如同一個相位光柵。聲光效應(yīng)有正常聲光效應(yīng)和反常聲光效應(yīng)之分。在各項同性介質(zhì)中，聲光相互作用不導(dǎo)致入射光偏振狀態(tài)的變化，產(chǎn)生正常聲光效應(yīng)。在各項異性介質(zhì)中，聲光相互作用可能導(dǎo)致入射光偏振狀態(tài)的變化，產(chǎn)生反常聲光效應(yīng)。反常聲光效應(yīng)是制造高性能聲光偏轉(zhuǎn)器和可調(diào)濾波器的基礎(chǔ)。正常聲光效應(yīng)可用拉曼奈斯的光柵假設(shè)作出解釋，而反常聲光效應(yīng)不能用光柵假設(shè)作出解釋。在非線性光學(xué)中，利用參量相互作用理論，可建立起聲光相互作用的統(tǒng)一理論，并且運用動量匹配和失配等概念對正常和反常聲光效應(yīng)都可作出解釋。本實驗只涉及到各項同性介質(zhì)中的正常聲光效應(yīng)。圖1聲光衍射設(shè)聲光介質(zhì)中的超聲行波是沿方向傳播的平面縱波，其角頻率為，波長為波矢為。入射光為沿方向傳播的平面波，其角頻率為，在介質(zhì)中的波長為，波矢為。介質(zhì)內(nèi)的彈性應(yīng)變也以行波形式隨聲波一起傳播。由于光速大約是聲速的倍，在光波通過的時間內(nèi)介質(zhì)在空間上的周期變化可看成是固定的。由于應(yīng)變而引起的介質(zhì)的折射率的變化由下式?jīng)Q定 (1)式中，為介質(zhì)折射率，為應(yīng)變，為光彈系數(shù)。通常，和為二階張量。當聲波在各項同性介質(zhì)中傳播時，和可作為標量處理，如前所述，應(yīng)變也以行波形式傳播，所以可寫成 (2)當應(yīng)變較小時，折射率作為和的函數(shù)可寫作 (3)式中，為無超聲波時的介質(zhì)的折射率，為聲波折射率變化的幅值，由(1)式可求出設(shè)光束垂直入射（⊥）并通過厚度為的介質(zhì)，則前后兩點的相位差為 (4)式中，為入射光在真空中的波矢的大小，右邊第一項為不存在超聲波時光波在介質(zhì)前后兩點的相位差，第二項為超聲波引起的附加相位差（相位調(diào)制）?？梢?，當平面光波入射在介質(zhì)的前界面上時，超聲波使出射光波的波振面變?yōu)橹芷谧兓陌櫿鄄?，從而改變出射光的傳播特性，使光產(chǎn)生衍射。 設(shè)入射面上的光振動為，為常數(shù)，也可以是復(fù)數(shù)?？紤]到在出射面上各點相位的改變和調(diào)制，在平面內(nèi)離出射面很遠一點的衍射光疊加結(jié)果為寫成等式為 (5)式中，為光束寬度，為衍射角，為與有關(guān)的常數(shù)，為了簡單可取為實數(shù)。利用與貝塞耳函數(shù)有關(guān)的恒等式式中為（第一類）階貝塞耳函數(shù)，將(15)式展開并積分得 (6)上式中與第級衍射有關(guān)的項為 (7) (8)因為函數(shù)在取極大值，因此有衍射極大的方位角由下式?jīng)Q定： (9)式中，為真空中光的波長，為介質(zhì)中超聲波的波長。與一般的光柵方程相比可知，超聲波引起的有應(yīng)變的介質(zhì)相當于光柵常數(shù)為超聲波長的光柵。由(17)式可知，第級衍射光的頻率為 (10)可見，衍射光仍然是單色光，但發(fā)生了頻移。由于，這種頻移是很小的。第級衍射極大的強度可用(17)式模數(shù)平方表示：(11)式中，為的共軛復(fù)數(shù)，第級衍射極大的衍射效率定義為第級衍射光的強度與入射光的強度之比。由(111)式可知，正比于。當為整數(shù)時。由(19)式和(111)式表明，各級衍射光相對于零級對稱分布。當光束斜入射時，如果聲光作用的距離滿足，則各級衍射極大的方位角由下式?jīng)Q定 (12)式中為入射光波矢與超聲波波面的夾角。上述的超聲衍射稱為拉曼－奈斯衍射，有超聲波存在的介質(zhì)起一平面位光柵的作用。當聲光作用的距離滿足，而且光束相對于超聲波波面以某一角度斜入射時，在理想情況下除了0級之外，只出現(xiàn)1級或－1級衍射。如圖12所示。圖2布拉格衍射這種衍射與晶體對光的布拉格衍射很類似，故稱為布拉格衍射。能產(chǎn)生這種衍射的光束入射角稱為布拉格角。此時有超聲波存在的介質(zhì)起體積光柵的作用。可以證明，布拉格角滿足 (13)式中(113)稱為布拉格條件。因為布喇角一般都很小，故衍射光相對于入射光的偏轉(zhuǎn)角 (14)式中，為超聲波的波速，為超聲波的頻率，其它量的意義同前。在布拉格衍射條件下，一級衍射光的效率為 (15)式中， 為超聲波功率，和為超聲換能器的長和寬，為反映聲光介質(zhì)本身性質(zhì)的常數(shù)，為介質(zhì)密度，為光彈系數(shù)。在布拉格衍射下，衍射光的效率也由(110)式?jīng)Q定。理論上布拉格衍射的衍射效率可達100％，拉曼－奈斯衍射中一級衍射光的最大衍射效率僅為34％，所以使用的聲光器件一般都采用布拉格衍射。由(14)式和(15)式可看出，通過改變超聲波的頻率和功率，可分別實現(xiàn)對激光束方向的控制和強度的調(diào)制，這是聲光偏轉(zhuǎn)器和聲光調(diào)制器的基礎(chǔ)。從(10)式可知，超聲光柵衍射會產(chǎn)生頻移，因此利用聲光效應(yīng)還可以制成頻移器件。超聲頻移器在計量方面有重要應(yīng)用，如用于激光多普勒測速儀。測量聲光調(diào)制器的衍射效率:衍射效率η定義為：即衍射光與0級光的光強值，其比值即為衍射效率。以上討論的是超聲行波對光波的衍射。實際上，超聲駐波對光波的衍射也產(chǎn)生拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射，而且各衍射光的方位角和超聲頻率的關(guān)系與超聲行波的相同。不過，各級衍射光不再是簡單地產(chǎn)生頻移的單色光，而是含有多個傅立葉分量的復(fù)合光。TSGMG1/Q型高速正弦聲光調(diào)制器及驅(qū)動電源，可用在激光照排機、激光傳真機、電子分色機或者其他文字、圖像處理等系統(tǒng)中。主要技術(shù)指標激光波長532nm工作頻率150MHz衍射效率≥70％正弦重復(fù)頻率≥8MHz靜態(tài)透過率≥90%工作原理本產(chǎn)品由聲光調(diào)制器及驅(qū)動電源兩部分組成。驅(qū)動電源產(chǎn)生150MHz頻率的射頻功率信號加入聲光調(diào)制器，壓電換能器將射頻功率信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌盘?，當激光束以布拉格角度通過時，由于聲光互作用效應(yīng)，激光束發(fā)生衍射（如圖3），這就是布拉格衍射效應(yīng)。外加文字和圖像信號以正弦（連續(xù)波）輸入驅(qū)動電源的調(diào)制接口“調(diào)制”端，衍射光光強將隨此信號變化，從而達到控制激光輸出特性的目的，如圖4所示。圖3布拉格衍射原理圖圖4 衍射光隨調(diào)制信號的變化聲光調(diào)制器由聲光介質(zhì)（氧化碲晶體）和壓電換能器（鈮酸鋰晶體）、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)組成。整個器件由鋁制外殼安裝。外形尺寸和安裝尺寸如圖15示（單位：mm）。圖5聲光調(diào)制器外形尺寸輸出圖6 驅(qū)動電源外形尺寸驅(qū)動電源由振蕩器、轉(zhuǎn)換電路、調(diào)制門電路、電壓放大電路、功率放大電路組成。外輸入調(diào)制信號由“調(diào)制輸入”端輸入，工作電壓為直流+24V，“輸出”端輸出驅(qū)動功率，用高頻電纜線與聲光器件相聯(lián)。外形尺寸和安裝尺寸如圖6示（單位：mm）。(1).用高頻電纜將聲光器件和驅(qū)動電源“輸出”端聯(lián)接； (2).接上+24V的直流工作電壓。調(diào)制輸入電信號幅度在250～350mV之間；(3).調(diào)整聲光器件在光路中的位置和光的入射角度，在一級衍射光達到最好狀態(tài)； (4).驅(qū)動電源“調(diào)制輸入”端接上外調(diào)制信號，并撥動調(diào)制開光到“調(diào)制”即可正常工作；(5). +24V的直流工作電壓不得接反，否則驅(qū)動電源燒壞；(6).驅(qū)動電源不得空載，即加上直流工作電壓前，應(yīng)先將驅(qū)動電源“輸出”端與聲光器件或其他50Ω負載相連；(7).產(chǎn)品應(yīng)小心輕放，特別是聲光器件更應(yīng)注意，否則將可損壞晶體而報廢；(8).聲光器件的通光面不得接觸，否則損壞光學(xué)增透膜。正確連接聲光調(diào)制器各個部分，激光器開機預(yù)熱五分鐘。調(diào)整光路同軸等高，使激光束按照一定角度入射聲光調(diào)制器晶體，保證激光束穿過晶體后出現(xiàn)清晰的衍射光斑在白紙上；觀察該布拉格衍射光斑，并通過測量01級衍射光斑的距離和晶體到白紙屏的距離計算衍射角。進一步調(diào)整聲光晶體的角度和位置，使零級斑兩側(cè)的衍射光斑明亮且對稱，調(diào)整狹縫位置和探測器下方的一維平移臺，讓使1級或2級衍射斑通過狹縫，并用探測器接收。分別測量1級或1級衍射光與0級光的光強值，其比值為衍射效率。將mp3與聲光調(diào)制器連接，揚聲器與探測器連接，則可聽到mp3播出的音樂聲。調(diào)整聲光調(diào)制器下端的可調(diào)棱鏡支架和可變光闌位置使揚聲器接收到的音樂更清晰。圖7 晶體的聲光效應(yīng)實驗裝配圖簡述聲光效應(yīng)。答：聲光效應(yīng)是指光通過某一受到超聲波擾動的介質(zhì)時發(fā)生衍射的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是光波與介質(zhì)中聲波相互作用的結(jié)果。實驗四 晶體的磁光效應(yīng)實驗 引言磁光效應(yīng)是指光與磁場中的物質(zhì)，或光與具有自發(fā)磁化強度的物質(zhì)之間相互作用所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象，主要包括法拉第(Faraday)效應(yīng)、柯頓莫頓(CottonMouton)效應(yīng)、克爾(Kerr)效應(yīng)、塞曼(Zeeman)效應(yīng)、光磁效應(yīng)等。磁場中某些非旋光物質(zhì)具有旋光性，該現(xiàn)象稱為“法拉第(Faraday)效應(yīng)”或“磁致旋光效應(yīng)”。法拉第于1845年發(fā)現(xiàn)該效應(yīng)，故稱法拉第效應(yīng)。 實驗?zāi)康?．掌握磁光效應(yīng)的原理和實驗方法。2．計算磁光介質(zhì)的Verdet常數(shù)。磁場可以使某些非旋光物質(zhì)具有旋光性。該現(xiàn)象稱為磁致旋光（法拉第）效應(yīng)，是磁光效應(yīng)的一種形式。當線偏振光在媒質(zhì)中沿磁場方向傳播距離后，振動方向旋轉(zhuǎn)的角度 (41)式中是磁感應(yīng)強度，是物質(zhì)常數(shù)，稱為維爾德(Verdet)常數(shù)。法拉第效應(yīng)產(chǎn)生的旋光與自然旋光物質(zhì)產(chǎn)生的旋光有一個重大區(qū)別。自然旋光效應(yīng)是由晶體的微觀螺旋狀晶格結(jié)構(gòu)引起的，與光波傳播的正反向無關(guān)。設(shè)光波沿著光軸傳播一段距離L，并沿著原路反向時，偏振面的旋向也相反，因而光波傳播到原始位置時偏振面也將回轉(zhuǎn)到原始方向。在一個固定的坐標系內(nèi)觀察磁光效應(yīng)，例如光波沿著z軸正向傳播時為正，延z軸反向傳播時，由于磁場相