CGIV型光速测定仪.doc

CGIV型光速测定仪使 用 说 明 书南京激光仪器厂第一章 概述第一节 仪器的用途CGIV型光速测定仪由主机和示波器组成。它能直接在示波器的荧光屏上显示二路光程不同的光“拍”频波的波形和位相。从而达到测量光波在空气中传播速度的目的。第二节 技术指标一、输入电压：A.C.220V10%50Hz二、消耗功率：30W三、外形尺寸：1700*420*270mm四、净重：45Kg五、连续工作时间：5小时六、环境温度：0+40（室温）七、光源氦氖激光器输出功率1mw,波长6328单模八、光载频：2930MHz九、准确度：0.5%（位相差为2）2%（其他位相差）第三节 仪器的结构主机（见结构图）一、发射部分：氦氖激光器（1）声光移频器（2）高频信号源二、光路：光栏（3）全反镜（4、7、8）（1113）（1517）半反镜（10）半反镜（条形）（5）斩光器（6）导轨（14） 箱体（18）三、接收部分：光电接收盒（9）分频器四、电源：氦氖激光器电源 15V直流稳压源第四节 仪器贮存 15V直流稳压源仪器长期保存时，温度应在0到+40之内，相对温度不大于80%，至少半个月通电运行一小时。运输仪器时，应将仪器装在防潮、防震的箱内。自发货日起15个月内，在合理运输，保存在正确使用情况下，本厂保证无偿地更换和维修不合格产品。第二章 仪器的工作原理第一节 电原理方框图第二节 电原理说明一、发射部分：长250mm的氦氖激光管输出波长为6328，功率大于1mv的激光束射入声光移频器中，同时功率信号源输出的频率为15MHz左右、功率1w左右的正弦信号另在移频器的晶体换能器上，在声光介质中产生声驻波，使介质产生相应的疏密变化，形成一位相光栅，则出射光具有2种以上的光频，其产生的光“拍”信号为功率信号的倍频（详见实验指导书）功率源采用考必兹振荡电路，经预放大，功放输出。二、光电接收和信号处理部分；由光路系统出射的拍频光，经光电二极管接收转化为频率为光拍频的高频电信号，输入至混频电路盒。该信号与本地振荡信号混频，选放后输入至ST16示波器的Y输入端。与此同时，功率信号发生器的另一路输出信号与经除2分频后的本振信号混频，选放后作为ST16示波器的外触发信号。需要指出的是，如果使用示波器内触发，将不能正确显示二路光波之间的位相差。三、电源：激光电源采用倍压整流电路，工作电压部分采用大电解电容，使之有一定的电流输出，触发电压采用小容量电容，利用其时间常数小的性质，使该部分电路在有工作负载的情况下形同短路，结构简洁、有效。15V电源采用三端固定集成稳压器件，负载300mA，供给光电接收器和信号处理部分以入功率信号源。15V降压调节处理后供给斩光器之小电机。指示灯电压直接由稳压电源给出。第三章 仪器的使用第一节 仪器的成套性一、成套性CGIV型光速测定仪一台电源线一根50高频电缆线三会二、配套仪器ST16一台（自备），频率计一台（自备）三、技术文件实验指导书一份使用说明书一份装箱单一份质量保证书一份产品合格证一张第二节 仪器的安装一、仪器应放在稳固、平整的实验桌上，室内光线不宜明亮。二、调节底脚螺栓（23），使仪器处于水平状态。三、接线：1、将电源线接入电源插口；2、用高频电缆将高频信号源的输出端（机内）接入声光频移器输入插口；3、分频器D042的30MHz信号输入(机内)用高频电缆接至光电接收电路D041的输出孔。第三节 仪器的调试一、激光器 （D02）1、接通电源开关：2、调节电位器，使表头指示5mA左右，以最大激光光强输出为准，15分钟后激光器输出趋于稳定。二、示波器：3、按示波器说明书使ST16正常工作，Y轴衰减和扫描速度按输入信号适当选择。注意必须使用ST16处于触发工作状态（无外触发信号扫描），否则不能准确比较光拍信号的位相差。三、直流稳压电源（D05）：4、接通稳压电源开关，二指示灯亮，则正负15V电源正常供电。四、声光频移器（D01）：5、使激光束水平通过D01的通光孔与D01的声光介质中的驻声场充分相作用（通过调节频移器底座上的螺丝来完成），调节频率微调旋扭，使产生二级以上最强衍射光斑。五、光路：6、光栏（3）高度与光路反射镜中心等高，使+1级或1级衍射光通过光栏入射到相邻反射镜的中心。7、用斩光器（6）挡住远程光，调节全反镜（4）和半光反镜（7）使近程沿光电二极管前透镜（18）的光轴入射到光电二极管的光敏面上，打开光电接收器盒（19）上的窗口8可观察激光是否进入光敏面，这时，示波器上应有与近光程光束相应的经分频的光拍波形出现。8、用斩光器（6）挡住近程光，调节半反镜（5）全反镜（915）和正交反射镜组（16），经半反镜（7）与近程光同路入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器屏上应有与远程光光束相应的经分频的光拍波形出现，7、8 二步骤应反复调节，直至达到要求。9、光电二极管（即它的光敏面）的方位可通过调节装置（20）和（21）使示波器屏上显示最大振幅来确定。六、双光路位相比较：10、检查示波器是否工作在外触发状态。11、接通斩光器（6）的电机开关（在15伏稳压电源上），调节微调旋扭使斩波频率约30赫左右，则借助示波管的余辉可在屏上同时显示出近程光。远程光和零信号的波形。12、打开移动电源按下左右移动开关就可移动导轨上的装有正交反射镜的滑块，改变远近光的程差，可使相应二光拍信号同相（位相差为2）。13、为改变二光束的位相差（如为），则可用两片短路反射镜插入（C、D）的任二位置，则远程光的部分光程被短路。重复上述调节，可使二光拍波形达到既定的位相差。七、测量与计算：14、测量光程差L，拍频f=2F，其中F为功率信号源的工作频率。15、根据公式C=2fL计算光速C，若=2，则L=为光拍波长；若=，则L=/2。第四节 关于确保实验精度一、 假相移的产生本仪器实验精度除要求准确的频率和光程差的测量以外，主要由位相比较决定，如果操作不当，将产生虚假的相移，影响既定实验精度，产生假相移的主要因素，在于光电二极管光敏面上各点的灵敏度不同和电子渡越时间的不一致。如图近光程光（如光L1）沿透镜L光轴入射，会聚于P1点，远程光（L2）离轴入射会聚于P2点，由于上述原因将产生虚假相移，造成误差。二、 假相移的防止可行的方法是使L1和L2均沿L光轴同轴入射。三、 检验L1、L2同轴的方法在滑块前或近程光路上置一光栏片，用斩光器依次让远、近程光通过。观察二光束在光敏面上反射的光经透镜是否都成像在光轴上。第五节仪器电气性能的检查一、 功率信号源应达指标：频率：（14.215）0.25MHz可调输出幅度：空载VPP18V加载VPP18V二、 光电接收（D041）应达指标：中心步率：30MHz输出幅度：VPP=100mv三、 信号处理单元D042应达指标：y：频率：300500KHz幅度：VPP3vExt：频率：150250KHz幅度：VPP3V第六节 关于声光频移器一、工作原理：声光频率器是本仪器心脏部件，其工作原理见实验指导书。二、结构和工作情况声光频移器的结构如下图所示。压电换能器（1）的材料是Y36切割LnNbo3晶体，厚度约20丝，其相对二大面镀有金属电极，用银丝作电极引线以便功率信号馈入之用。（1）的外侧质有铜块与之紧密压触，作固定和冷却之用（1）用直空冷铟粘结法压附于的声光介质（2）上，当（1）受功率信号红驱动产生超声振动时，（2）内部存在驻声波声场（3），声场（3）多呈片状，厚度与（1）的宽度（约2mm）相等。正常工作时要求入射激光与介质内薄层状声场（3）充分互相作用，否则不可能产生衍射光或衍射光极弱，无法进行实验。三、调节：如上所述必须仔细调节声光频移器，使之正常工作。声光频移器的调节是通过其底座的六颗螺钉（四顶、二拉）实现的。由四颗顶紧螺钉决定声光器件的高度和方法，调至能正常工作后二拉紧螺钉应将声光移频器固定，不得松动。四、 注意：为保证声光频移器良好接触和散热，已将电极引线和冷却铜块作永久性固定。如该永久性固定遭破坏，将不再能修复，请用户切记（但声光频移器盒的顶盖可拆卸）。第七节常见故障一览表现 象可能故障部位排除方法无激光激光不稳定无衍射无近程光信号远程光信号小斩波器不转信号处理y无输出信号触发不同步滑动镜座走动不正常（1）激光管失效（2）激光电源故障（3）激光电流过小（4）电源电压过低（5）移频器位置不合适（6）高频信号源无输出（7）移频器损坏（8）光电盒故障（9）反射镜面污染（10）入射角度不佳（11）电源故障（12）电机损坏（13）信号处理盒故障（14）无触发信号（15）示波器外同步功能下降（16）导轨内部弦带松动拉紧更换激光管检查激光源部分调整激光电流调整电源电压透当调整使声光充分分互相作用更换或维修更换移频器调整更换