葉偉文+汪露+彭保進+石清國+沈銘+應璐娜

文章編號： 10055630(2014)03026304

收稿日期： 20140128

基金項目： 浙江師范大學光電信息科技創(chuàng)新團隊項目;高等學校訪問學者教師專業(yè)發(fā)展項目

作者簡介： 葉偉文(1967),男,碩士,主要從事光電技術、物理實驗方面的研究。

通訊作者： 彭保進(1967),男,教授,主要從事光電技術和計算機控制技術方面的研究。

摘要： 由于傳統(tǒng)磁光調(diào)制實驗儀在實驗過程中需要手動調(diào)節(jié)偏振片并人為估計最佳位置數(shù)據(jù)、描繪圖像,實驗顯示效果不直觀,精度低。針對這一問題,利用光電技術結合計算機控制技術對其進行了改進。結果表明:改進后的實驗儀實驗結果直觀,實驗數(shù)據(jù)精確,實用性強。

關鍵詞： 磁光調(diào)制; 光電技術; 計算機控制技術

中圖分類號： O 433文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.03.016

The improvement and implementation of the magnetooptical

modulation experiment instrument

YE Weiwen1,2, WANG Lu2, PENG Baojin2, SHI Qingguo2, SHEN Ming2, YING Luna2

(1.Jin Hua Education College, Jinhua 321000, China;

2.Institute of Information Optics, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China)

Abstract： Because the traditional magnetooptical modulation experiment instrument needs to adjust and record the experiment data by manual, the experiment results show that the effect is not intuitive, and the precision is low. Concerning on this issue, this paper combines with photoelectric technology and computer technology to improve the traditional instrument. The results show that after improving, the experimental result of the experiment instrument is more intuitive, the experimental data is more precise, and the instrument has strong practicability.

Key words： magnetooptical modulation; photoelectric technology; computer technology

引言隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,磁光調(diào)制技術受到越來越多的關注。磁光調(diào)制是利用某些晶體的磁光效應［13］,對光信號的幅度進行調(diào)制,使光信號的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化,實現(xiàn)把調(diào)制信號加載到光信號上［45］。磁光調(diào)制的這一特性使得該技術在光電檢測、光通訊、光顯示等領域得到廣泛的應用［69］。磁光調(diào)制實驗儀,作為高等院校新一代的物理實驗儀器,不僅能夠使學生很好地掌握磁光調(diào)制的原理,而且在基礎物理實驗和相關專業(yè)的實驗中,還可以用于磁場與光場相互作用以及光信息處理等的研究［1013］。但是,傳統(tǒng)的磁光調(diào)制實驗儀在實驗過程中需要手動調(diào)節(jié)并記錄實驗數(shù)據(jù),這使得實驗結果精確度低,且顯示效果不直觀［1315］。 本文主要針對目前實驗室中磁光調(diào)制實驗儀的不足,充分利用光電技術、計算機技術并結合計算機輔助教學的思想對其進行改進。改進后的實驗裝置精確度高,實驗效果清晰直觀。1實驗原理圖1所示的是改進后的磁光調(diào)制實驗儀原理圖,實驗儀的工作原理為:光源發(fā)出的光經(jīng)起偏器P后穿過勵磁線圈,再經(jīng)檢偏器A至光接收部件(光接收部件與傳統(tǒng)實驗儀相比,換成了光敏電阻),光敏電阻將光信號轉變?yōu)殡娦盘?通過放大電路的放大,由信號采集器采集并送入計算機,在計算機上顯示出光強的變化。用串聯(lián)電阻對磁光介質線圈兩端的電壓(0～30 V)進行分壓,得到分壓后的電壓為0～5 V。通過信號采集器采集線圈電壓的大小并送入計算機,在計算機上反映出磁場的變化。通過計算機控制步進電機勻速轉動來帶動起偏器P的勻速轉動,在計算機上記錄下各個角度時的光強變化。編寫相應的VB程序,將以上結果繪制成光強與旋轉角度、光強與線圈電壓(即磁場)的關系圖,這樣便可在計算機上非常直觀地看到實驗結果。由于改進后的實驗裝置由電腦實時控制,克服了手動帶來的誤差,精確度高。光學儀器第36卷

第3期葉偉文，等：磁光調(diào)制實驗儀的改造與實現(xiàn)

圖1改進后的磁光調(diào)制實驗儀原理圖

Fig.1Principle diagram of improved magnetooptic modulation experiment instrument

2實驗裝置的設計及操作

2.1實驗裝置設計圖2是根據(jù)圖1所示的原理搭建的裝置實物圖,該裝置主要包括激光管L、起偏器P、帶調(diào)制線圈的磁光介質、檢偏器A、光敏電阻、穩(wěn)壓電源、放大電路、信號采集器、步進電機和計算機。

圖2改進后的磁光調(diào)制實驗儀實物圖

Fig.2Physical diagram of improved magnetooptic modulation experiment instrument

(1)光強信號的采集:用光敏電阻替代傳統(tǒng)實驗儀中的光接收部分,光敏電阻將光信號轉變?yōu)殡娦盘?通過放大電路的放大,由信號采集器采集并送入計算機。通過相應的VB程序,在計算機上便可反映出光強的變化情況。(2)磁光介質線圈兩端電壓的采集:引出磁光介質線圈兩端的電壓(0～30 V),采用串聯(lián)電阻的方式進行分壓,分壓后的電壓為0～5 V,將分壓后的電壓信號通過信號采集器采集并送入計算機。通過相應的VB程序,在計算機上便可反映出磁場的變化情況。(3)計算機控制步進電機的轉動:若想讓計算機控制檢偏器勻速旋轉,并且知道檢偏器的實時角度,最簡便的辦法是采用步進電機。圖3所示為計算機控制步進電機的示意圖,圖中,A、B、C、D依次接計算機現(xiàn)成并行口的2、3、4、5四個數(shù)據(jù)引腳,若假設并行口基地址為378H,則用VB程序“vbOut &H378,2^I”來實時控制外部步進電機。步進電機使用八拍方式控制:AABBBCCCDDDA(0001、0011、0010、0110、0100、1100、1000、1001)。

圖3步進電機接口示意圖

Fig.3Schematic of stepper motor interface

編寫相應的VB程序,計算機可以實時控制實驗數(shù)據(jù)的采集,并直觀地顯示實驗過程。

2.2實驗操作按圖2所示連接好實驗裝置,運行軟件。本裝置提供線圈兩端電壓(用于產(chǎn)生磁場)的穩(wěn)壓源可調(diào)電壓范圍為0~30 V,本實驗可從0 V開始實驗,每次增加3~5 V電壓(這樣可得到6~8個偏振光振動面旋轉角度與對應磁場值的數(shù)據(jù)點,如圖4(b)所示)。對于每一次確定的電壓(磁場),用軟件控制步進電機旋轉180°,邊旋轉邊讓采集器高速采集反映光強變化的電壓數(shù)據(jù)并實時在屏幕上描繪出圖4(a)所示的曲線,并在旋轉180°后軟件會自動找出曲線中的最大光強點對應的角度,再自動在圖4(b)所示的圖上描出對應的一個點。此后線圈兩端電壓每增加一次,操作與此類同。如此可直觀地得到圖4(b)所示的磁光特性圖。3實驗結果及分析編寫相應的VB程序,通過信號采集器進行采集并送入計算機進行分析處理,按2.2所述進行實驗操作,得到如圖4所示的實驗數(shù)據(jù)圖。 圖4(a)為步進電機旋轉180°過程中旋轉角度和光強的關系圖。此時線圈兩端的電壓值是固定不變的,即磁場固定不變。步進電機旋轉時間為5 s,檢偏器從-90°旋轉至90°。當起偏器角度發(fā)生變化時,起偏器與檢偏器的相對位置發(fā)生變化。隨著兩個偏振片相對位置的變化,光強示數(shù)隨之變化。由此圖可看出,當檢偏器主平面與偏振光振動面一致時,光強達到最大值。圖4(b)為偏振面旋轉角度與磁場強度的關系圖。圖中線圈電壓值(即磁場強度)每增加一次,圖4(a)所示的曲線掃描一次,即步進電機旋轉180°。由此圖可直觀地看出偏振面旋轉角度隨著外加磁場強度的增大而增大,基本成線性關系。

圖4實驗數(shù)據(jù)圖

Fig.4Diagram of experimental data

4結論針對傳統(tǒng)磁光調(diào)制實驗儀的不足,本文結合光電技術和計算機技術對其進行了改進?？梢钥吹?改進后的實驗儀不僅顯示效果直觀、實驗數(shù)據(jù)更精確,而且能夠讓學生將所學的光電知識及計算機知識有機地結合起來,達到更好的教學目的。因此改進后的磁光調(diào)制實驗儀具有更廣闊的應用前景。參考文獻：

［1］章春香,殷海榮,劉立營.磁光材料的典型效應及其應用［J］.磁性材料及器件,2008,39(3):811.

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［15］郭繼華,朱兆明,鄧為民.新型磁光調(diào)制器［J］.光學學報,2000,20(1):110113.

圖4實驗數(shù)據(jù)圖

Fig.4Diagram of experimental data

4結論針對傳統(tǒng)磁光調(diào)制實驗儀的不足,本文結合光電技術和計算機技術對其進行了改進?？梢钥吹?改進后的實驗儀不僅顯示效果直觀、實驗數(shù)據(jù)更精確,而且能夠讓學生將所學的光電知識及計算機知識有機地結合起來,達到更好的教學目的。因此改進后的磁光調(diào)制實驗儀具有更廣闊的應用前景。參考文獻：

［1］章春香,殷海榮,劉立營.磁光材料的典型效應及其應用［J］.磁性材料及器件,2008,39(3):811.

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［15］郭繼華,朱兆明,鄧為民.新型磁光調(diào)制器［J］.光學學報,2000,20(1):110113.

圖4實驗數(shù)據(jù)圖

Fig.4Diagram of experimental data

4結論針對傳統(tǒng)磁光調(diào)制實驗儀的不足,本文結合光電技術和計算機技術對其進行了改進?？梢钥吹?改進后的實驗儀不僅顯示效果直觀、實驗數(shù)據(jù)更精確,而且能夠讓學生將所學的光電知識及計算機知識有機地結合起來,達到更好的教學目的。因此改進后的磁光調(diào)制實驗儀具有更廣闊的應用前景。參考文獻：

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［8］江雄,宗德蓉,孫祖紅,等.激光顯示中聲光調(diào)制器的研究［J］.光學儀器,2007,29(5):5054.

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［12］鮑振武,劉釗.光纖中旋光特性測量技術研究［J］.天津大學學報,2003,36(2):129132.

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［14］王芳,王超群,王旭,等.基于濾波處理旋光儀的優(yōu)化設計［J］.光電子技術,2013,33(2):118120.

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