双探头光声效应实验系统实验(2)

　　2系统特性研究

　　为了解双探头系统的特性，在实验上测试系统的频率响应和幅度响应。

　　具体测试方法如下：

　　1）探究系统频率响应时，射入一定功率的激光，改变斩波器的频率，使得激光束的调制频率改变，经放大电路放大后，通过示波器显示出来，分别记录光声池前探头（记为A探头）、后探头（记为B探头）和前后探头（记为A+B探头）输出信号的幅值。

　　2）探究系统幅度响应时，射入一定调制频率的激光束，通过5∶5分束镜和7∶3分束镜改变输入光的强度，光声池信号输出经放大电路放大后，通过示波器显示出来，分别记录光声池A探头、B探头和A+B探头输出信号的幅值。

　　实验中激光器输出功率为2mW,当实验系统未加入分束镜时，光功率为2mW,加入7∶3分束镜透射光功率强为1.4mW,加入5∶5分束镜透射光功率为1mW,加入5∶5分束镜和7∶3分束镜后透射光功率为0.7mW.

　　进行 了4组 实 验 测 量，测 量 系 统 在10~50Hz之间的频率响应，当激光的输入光功率分别为2.0,1.4,1.0,0.7mW时，测量数据如表1所示。

　　2.1双探头系统的频率响应

　　由表1作图如图3所示。

　　由图3中曲线可知，调制光的频率在一定范围内，保持激光功率一定，光声信号幅值随着调制光频率的提高而逐渐变小，探头A接收到的光声信号要比探头B接收到的光声信号要小，原因是探头A和探头B存在着差异；同时接入两探头的A+B光声信号约等于单独接入探头A和单独接入探头B的光声信号的总和，频率响应显示了接入双探头提高了检测灵敏度。

　　2.2双探头系统的幅度响应

　　由表1中不同光功率下的单A探头、单B探头和A+B探头的数据绘制幅度响应曲线如图4所示。

　　由图4可知，对于一定的输入调制光频率的系统的幅度响应，双探头光声池光声信号的输出强度约为单一探头的光声信号的输出强度的2倍，幅度响应显示了双探头检测能有效地提高灵敏度。

　　3演示一定相位差同频率信号叠加

　　文献[10]提出采用LED灯演示简谐振动的合成。本文以双探头光声池作为产生2路具有一定相位差、相同频率的信号源，演示信号的叠加效果。让1束脉冲光入射到光声池激发声波，光声池上2个探测器接收信号后经放大电路在数字示波器上显示，可以近似当作正弦信号。

　　通过预先设计调整2个探测头与波源的不同距离，使它们接收到的2路信号存在一定的时间差/相位差，以此2个信号分别作为x轴和y轴信号输入演示相同频率、一定相位差声波的叠加。2路信号和叠加效果分别如图5所示。

　　4结论

　　设计了双探头光声实验系统，实验结果显示无论是系统的频率响应还是幅度响应，双探头光声池能提高光声信号探测灵敏度，双探头光声池的输出信号强度大约是单一探头输出信号强度的2倍。

　　通过对2个探头位置的合理设计，双探头光声池可以作为输出2路具有一定相位差、相同频率信号的信号源，可以演示2路具有一定相位差同频率振动信号的叠加。

　　参考文献：

　　[1]Bell A G.On the production and reproduction ofsound by light[J].Am.J.Sci.,1880,20:305-324.

　　[2] 罗森威格。光声学与光声谱学[M].王耀俊，译。北京：科学出版社，1985.

　　[3] 殷庆瑞。光声光热技术及其应用[M].北京：科学出版社，1991.

　　[4] 陈更生，唐志列，梁瑞生。用光声效应产生声拍[J].大学物理，1998,17（12）：23-24.

　　[5] 王习东，黄佐华，唐志列，等。实用光声光谱实验系统[J].光学仪器，2006,28（5）：52-56.

　　[6] 赵元黎，宁继英，袁斌，等。应用光声效应检测粉煤灰中的碳含量[J].光学技术，2003,25（1）：42-44.

　　[7] 罗泽鹏，黄佐华，唐志列。用光声光谱技术测量紫外光探测器的光谱响应[J].激光技术，2008,32（5）：453-456.

　　[8] 张娟，周海越，孙迎春，等。双挡光片法测定刚体的转动惯量[J].物理实验，2013,33（12）：30-33.

　　[9] 张立辉，张攀，乐宏昊。利用双霍尔探头测螺线管中低频交变磁场[J].物理实验，2014,34（7）：30-32.

　　[10]董永奇，阮海军，蔡天芳，等。利用LED灯演示简谐振动的合成和光的5种偏振态[J].物理实验，2013,33（11）：45-48.