CGIV型光速測(cè)定儀.doc

CGIV型光速測(cè)定儀使 用 說 明 書南京激光儀器廠第一章 概述第一節(jié) 儀器的用途CGIV型光速測(cè)定儀由主機(jī)和示波器組成。它能直接在示波器的熒光屏上顯示二路光程不同的光“拍”頻波的波形和位相。從而達(dá)到測(cè)量光波在空氣中傳播速度的目的。第二節(jié) 技術(shù)指標(biāo)一、輸入電壓：A.C.220V10%50Hz二、消耗功率：30W三、外形尺寸：1700*420*270mm四、凈重：45Kg五、連續(xù)工作時(shí)間：5小時(shí)六、環(huán)境溫度：0+40（室溫）七、光源氦氖激光器輸出功率1mw,波長(zhǎng)6328單模八、光載頻：2930MHz九、準(zhǔn)確度：0.5%（位相差為2）2%（其他位相差）第三節(jié) 儀器的結(jié)構(gòu)主機(jī)（見結(jié)構(gòu)圖）一、發(fā)射部分：氦氖激光器（1）聲光移頻器（2）高頻信號(hào)源二、光路：光欄（3）全反鏡（4、7、8）（1113）（1517）半反鏡（10）半反鏡（條形）（5）斬光器（6）導(dǎo)軌（14） 箱體（18）三、接收部分：光電接收盒（9）分頻器四、電源：氦氖激光器電源 15V直流穩(wěn)壓源第四節(jié) 儀器貯存 15V直流穩(wěn)壓源儀器長(zhǎng)期保存時(shí)，溫度應(yīng)在0到+40之內(nèi)，相對(duì)溫度不大于80%，至少半個(gè)月通電運(yùn)行一小時(shí)。運(yùn)輸儀器時(shí)，應(yīng)將儀器裝在防潮、防震的箱內(nèi)。自發(fā)貨日起15個(gè)月內(nèi)，在合理運(yùn)輸，保存在正確使用情況下，本廠保證無償?shù)馗鼡Q和維修不合格產(chǎn)品。第二章 儀器的工作原理第一節(jié) 電原理方框圖第二節(jié) 電原理說明一、發(fā)射部分：長(zhǎng)250mm的氦氖激光管輸出波長(zhǎng)為6328，功率大于1mv的激光束射入聲光移頻器中，同時(shí)功率信號(hào)源輸出的頻率為15MHz左右、功率1w左右的正弦信號(hào)另在移頻器的晶體換能器上，在聲光介質(zhì)中產(chǎn)生聲駐波，使介質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的疏密變化，形成一位相光柵，則出射光具有2種以上的光頻，其產(chǎn)生的光“拍”信號(hào)為功率信號(hào)的倍頻（詳見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）功率源采用考必茲振蕩電路，經(jīng)預(yù)放大，功放輸出。二、光電接收和信號(hào)處理部分；由光路系統(tǒng)出射的拍頻光，經(jīng)光電二極管接收轉(zhuǎn)化為頻率為光拍頻的高頻電信號(hào)，輸入至混頻電路盒。該信號(hào)與本地振蕩信號(hào)混頻，選放后輸入至ST16示波器的Y輸入端。與此同時(shí)，功率信號(hào)發(fā)生器的另一路輸出信號(hào)與經(jīng)除2分頻后的本振信號(hào)混頻，選放后作為ST16示波器的外觸發(fā)信號(hào)。需要指出的是，如果使用示波器內(nèi)觸發(fā)，將不能正確顯示二路光波之間的位相差。三、電源：激光電源采用倍壓整流電路，工作電壓部分采用大電解電容，使之有一定的電流輸出，觸發(fā)電壓采用小容量電容，利用其時(shí)間常數(shù)小的性質(zhì)，使該部分電路在有工作負(fù)載的情況下形同短路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、有效。15V電源采用三端固定集成穩(wěn)壓器件，負(fù)載300mA，供給光電接收器和信號(hào)處理部分以入功率信號(hào)源。15V降壓調(diào)節(jié)處理后供給斬光器之小電機(jī)。指示燈電壓直接由穩(wěn)壓電源給出。第三章 儀器的使用第一節(jié) 儀器的成套性一、成套性CGIV型光速測(cè)定儀一臺(tái)電源線一根50高頻電纜線三會(huì)二、配套儀器ST16一臺(tái)（自備），頻率計(jì)一臺(tái)（自備）三、技術(shù)文件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一份使用說明書一份裝箱單一份質(zhì)量保證書一份產(chǎn)品合格證一張第二節(jié) 儀器的安裝一、儀器應(yīng)放在穩(wěn)固、平整的實(shí)驗(yàn)桌上，室內(nèi)光線不宜明亮。二、調(diào)節(jié)底腳螺栓（23），使儀器處于水平狀態(tài)。三、接線：1、將電源線接入電源插口；2、用高頻電纜將高頻信號(hào)源的輸出端（機(jī)內(nèi)）接入聲光頻移器輸入插口；3、分頻器D042的30MHz信號(hào)輸入(機(jī)內(nèi))用高頻電纜接至光電接收電路D041的輸出孔。第三節(jié) 儀器的調(diào)試一、激光器 （D02）1、接通電源開關(guān)：2、調(diào)節(jié)電位器，使表頭指示5mA左右，以最大激光光強(qiáng)輸出為準(zhǔn)，15分鐘后激光器輸出趨于穩(wěn)定。二、示波器：3、按示波器說明書使ST16正常工作，Y軸衰減和掃描速度按輸入信號(hào)適當(dāng)選擇。注意必須使用ST16處于觸發(fā)工作狀態(tài)（無外觸發(fā)信號(hào)掃描），否則不能準(zhǔn)確比較光拍信號(hào)的位相差。三、直流穩(wěn)壓電源（D05）：4、接通穩(wěn)壓電源開關(guān)，二指示燈亮，則正負(fù)15V電源正常供電。四、聲光頻移器（D01）：5、使激光束水平通過D01的通光孔與D01的聲光介質(zhì)中的駐聲場(chǎng)充分相作用（通過調(diào)節(jié)頻移器底座上的螺絲來完成），調(diào)節(jié)頻率微調(diào)旋扭，使產(chǎn)生二級(jí)以上最強(qiáng)衍射光斑。五、光路：6、光欄（3）高度與光路反射鏡中心等高，使+1級(jí)或1級(jí)衍射光通過光欄入射到相鄰反射鏡的中心。7、用斬光器（6）擋住遠(yuǎn)程光，調(diào)節(jié)全反鏡（4）和半光反鏡（7）使近程沿光電二極管前透鏡（18）的光軸入射到光電二極管的光敏面上，打開光電接收器盒（19）上的窗口8可觀察激光是否進(jìn)入光敏面，這時(shí)，示波器上應(yīng)有與近光程光束相應(yīng)的經(jīng)分頻的光拍波形出現(xiàn)。8、用斬光器（6）擋住近程光，調(diào)節(jié)半反鏡（5）全反鏡（915）和正交反射鏡組（16），經(jīng)半反鏡（7）與近程光同路入射到光電二極管的光敏面上，這時(shí)，示波器屏上應(yīng)有與遠(yuǎn)程光光束相應(yīng)的經(jīng)分頻的光拍波形出現(xiàn)，7、8 二步驟應(yīng)反復(fù)調(diào)節(jié)，直至達(dá)到要求。9、光電二極管（即它的光敏面）的方位可通過調(diào)節(jié)裝置（20）和（21）使示波器屏上顯示最大振幅來確定。六、雙光路位相比較：10、檢查示波器是否工作在外觸發(fā)狀態(tài)。11、接通斬光器（6）的電機(jī)開關(guān)（在15伏穩(wěn)壓電源上），調(diào)節(jié)微調(diào)旋扭使斬波頻率約30赫左右，則借助示波管的余輝可在屏上同時(shí)顯示出近程光。遠(yuǎn)程光和零信號(hào)的波形。12、打開移動(dòng)電源按下左右移動(dòng)開關(guān)就可移動(dòng)導(dǎo)軌上的裝有正交反射鏡的滑塊，改變遠(yuǎn)近光的程差，可使相應(yīng)二光拍信號(hào)同相（位相差為2）。13、為改變二光束的位相差（如為），則可用兩片短路反射鏡插入（C、D）的任二位置，則遠(yuǎn)程光的部分光程被短路。重復(fù)上述調(diào)節(jié)，可使二光拍波形達(dá)到既定的位相差。七、測(cè)量與計(jì)算：14、測(cè)量光程差L，拍頻f=2F，其中F為功率信號(hào)源的工作頻率。15、根據(jù)公式C=2fL計(jì)算光速C，若=2，則L=為光拍波長(zhǎng)；若=，則L=/2。第四節(jié) 關(guān)于確保實(shí)驗(yàn)精度一、 假相移的產(chǎn)生本儀器實(shí)驗(yàn)精度除要求準(zhǔn)確的頻率和光程差的測(cè)量以外，主要由位相比較決定，如果操作不當(dāng)，將產(chǎn)生虛假的相移，影響既定實(shí)驗(yàn)精度，產(chǎn)生假相移的主要因素，在于光電二極管光敏面上各點(diǎn)的靈敏度不同和電子渡越時(shí)間的不一致。如圖近光程光（如光L1）沿透鏡L光軸入射，會(huì)聚于P1點(diǎn)，遠(yuǎn)程光（L2）離軸入射會(huì)聚于P2點(diǎn)，由于上述原因?qū)a(chǎn)生虛假相移，造成誤差。二、 假相移的防止可行的方法是使L1和L2均沿L光軸同軸入射。三、 檢驗(yàn)L1、L2同軸的方法在滑塊前或近程光路上置一光欄片，用斬光器依次讓遠(yuǎn)、近程光通過。觀察二光束在光敏面上反射的光經(jīng)透鏡是否都成像在光軸上。第五節(jié)儀器電氣性能的檢查一、 功率信號(hào)源應(yīng)達(dá)指標(biāo)：頻率：（14.215）0.25MHz可調(diào)輸出幅度：空載VPP18V加載VPP18V二、 光電接收（D041）應(yīng)達(dá)指標(biāo)：中心步率：30MHz輸出幅度：VPP=100mv三、 信號(hào)處理單元D042應(yīng)達(dá)指標(biāo)：y：頻率：300500KHz幅度：VPP3vExt：頻率：150250KHz幅度：VPP3V第六節(jié) 關(guān)于聲光頻移器一、工作原理：聲光頻率器是本儀器心臟部件，其工作原理見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。二、結(jié)構(gòu)和工作情況聲光頻移器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。壓電換能器（1）的材料是Y36切割LnNbo3晶體，厚度約20絲，其相對(duì)二大面鍍有金屬電極，用銀絲作電極引線以便功率信號(hào)饋入之用。（1）的外側(cè)質(zhì)有銅塊與之緊密壓觸，作固定和冷卻之用（1）用直空冷銦粘結(jié)法壓附于的聲光介質(zhì)（2）上，當(dāng)（1）受功率信號(hào)紅驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生超聲振動(dòng)時(shí)，（2）內(nèi)部存在駐聲波聲場(chǎng)（3），聲場(chǎng)（3）多呈片狀，厚度與（1）的寬度（約2mm）相等。正常工作時(shí)要求入射激光與介質(zhì)內(nèi)薄層狀聲場(chǎng)（3）充分互相作用，否則不可能產(chǎn)生衍射光或衍射光極弱，無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。三、調(diào)節(jié)：如上所述必須仔細(xì)調(diào)節(jié)聲光頻移器，使之正常工作。聲光頻移器的調(diào)節(jié)是通過其底座的六顆螺釘（四頂、二拉）實(shí)現(xiàn)的。由四顆頂緊螺釘決定聲光器件的高度和方法，調(diào)至能正常工作后二拉緊螺釘應(yīng)將聲光移頻器固定，不得松動(dòng)。四、 注意：為保證聲光頻移器良好接觸和散熱，已將電極引線和冷卻銅塊作永久性固定。如該永久性固定遭破壞，將不再能修復(fù)，請(qǐng)用戶切記（但聲光頻移器盒的頂蓋可拆卸）。第七節(jié)常見故障一覽表現(xiàn) 象可能故障部位排除方法無激光激光不穩(wěn)定無衍射無近程光信號(hào)遠(yuǎn)程光信號(hào)小斬波器不轉(zhuǎn)信號(hào)處理y無輸出信號(hào)觸發(fā)不同步滑動(dòng)鏡座走動(dòng)不正常（1）激光管失效（2）激光電源故障（3）激光電流過?。?）電源電壓過低（5）移頻器位置不合適（6）高頻信號(hào)源無輸出（7）移頻器損壞（8）光電盒故障（9）反射鏡面污染（10）入射角度不佳（11）電源故障（12）電機(jī)損壞（13）信號(hào)處理盒故障（14）無觸發(fā)信號(hào)（15）示波器外同步功能下降（16）導(dǎo)軌內(nèi)部弦?guī)蓜?dòng)拉緊更換激光管檢查激光源部分調(diào)整激光電流調(diào)整電源電壓透當(dāng)調(diào)整使聲光充分分互相作用更換或維修更換移頻器調(diào)整更換