声光效应实验报告

布拉格衍射与喇曼拉斯衍射比较

布拉格衍射

实验条件：光速斜入射，声光作用距离满足L<λ²s/2λ，其中L为介质的厚度，λs为介质中超声波的波长，λ为入射光在介质中的波长。

特点：只有当入射光方向满足一定条件时，才有显著的声光衍射；除0级光外，衍射光或者只有+1级或者只有-1级；衍射光效率η很高，可高达100％。

喇曼拉斯衍射

实验条件：光束相对于超声波波面以某一角度入射，且其作用距离满足L>λ²s/2λ

特点：对入射光方向无严格要求，一般取垂直入射；除0级光外，衍射光有许多级且呈对称分布，一级衍射光最大衍射效率为34%，高级衍射光衍射效率更低。

喇曼拉斯衍射实验现象如下图：

测布拉格衍射偏转角Φ与超声波频率f_s关系曲线，计算声速

光敏元数=2700位 光敏元尺寸=11μm×11μm 光敏元线阵有效长=29.7mm

定标：光敏元件有效长度对应示波器上8格

计算公式：

注:L是声光介质的光出射面到CCD线阵光敏面的距离。

则Φ-f_s曲线为

根据表格计算可得：

测量衍射光相对于零级衍射光与超声波频率关系：

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实验3  声光效应实验数据处理

2.声光偏转

①测量衍射光相对于入射光的偏转角φ与超声波频率f_s的关系，即声光偏转关系

根据公式 可以算出偏转角 角的大小

——曲线如下：

曲线拟合得：

根据原理可得

②在实验中我们固定功率为1W，测量出的中心频率约为87.169MHz，表中的强度用示波器中Y值的大小表示的

由1级与0级衍射光的相对强度与超声波频率的关系曲线可确定中心频率为，带宽为

3.声光调制

在实验过程中测量的中心频率为87.169MHz，因此在实验中将超声波频率调至87.169MHz，测量的1级衍射光的强度与超声波的功率的数据

描点画图

由曲线可知，1级衍射光的强度与超声波的功率也大致成线性关系

关系曲线为

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声                                光                 效                     应                      的                研                究

                                  班    级：应物21班

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晶

一、测量超声波长λs与声速υs

（1）测量超声波长λs

本次实验中，测得光屏上0级与一级衍射的距离a=0.98cm,声光器件与光屏之距离L=39.8cm,He-Ne激光器波长：λ0为632.8nm

计算超声波长λs为25699nm

（2）测量声速υs

超声信号源的频率fs为93.716GHz且

计算声速υs为2.4084Gm/s λs

二、测量声光器件的衍射效率

以超声波频率为横坐标，以声光器件的衍射效率为纵坐标，求得衍射效率与超声波频率的关系曲线图下面：

由上图，定出声光器件的带宽为31.36Ghz,中心频率为107.07GHz

三、观察利用声光效应的信息传输实验

本实验利用双踪示波器观察调制、解调频率及其变化，现象较为明显。 1

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普通物理实验C

课程论文

题   目　　声光效应实验研究

  

学       院  物理科学与技术学院

专       业     物理学（师范）

年       级      20##级

学       号  222009315210288

姓       名      黄劲海

指 导 教 师       邓涛

论 文 成 绩 _____________________

答 辩 成 绩 _____________________

2010 年  12  月  8  日

声光效应实验研究

黄劲海

西南大学物理科学与技术学院，重庆 400715

摘要：本文探讨了超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象。这种现象称之为声光效应。在实验中，应用CCD光强分布测量仪等，通过改变超声波的频率和功率。分别实现了对激光束方向的控制和强度的调制；定量给出了声光偏转量的关系曲线和声光调制测量的关系曲线。本文就声光效应中的声光偏转原理和声光调制原理的现象及有关物理量进行定性或定量的分析。

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时间：20##年7月7日

课题解析：

声光效应：超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。

实验目的：

1、观察超声驻波场中光的衍射现象

2、观察超声驻波场的像，测量声波在晶体中的速度

实验器材：

仪器与用具光学实验导轨（1m）、633nm半导体激光器、声光晶体、光信号放大器、声光效应实验电源（驻波声光调制器）、OPT-1A功率指示计以及白屏、光拦探头、一维位移架、MP3及数据线、小孔屏、光电探头、透镜（f=100mm）、光具座、传输线、电源线

主机箱面板功能：  

主机箱“声光效应试验电源”主要功能为声光晶体驱动电压的输出与输出电压的指示，频率调节，被调制信号的接受与放大和还原，各面板元器件作用于功能如下：

   

1.表头：3位半数字表头，用于指示声光晶体驱动电压的大小，该显示数值可通过电压旋钮进行调节。　

2.电压旋钮：调整范围0-12V，实验一般调到最大。

3.频率旋钮：调整范围9-11MHz，调整至适当频率使衍射效果最佳，频率值可在示波器或频率上读出（均需自备）。

4.驱动输出：Q9插座，与声光晶体相连接。

5.波形插座：Q9插座，为输出驱动波形，一般与示波器1通道连接 

6.音频插座：3.5mm耳机插座，用于输入音频信号。

实验原理：

1.声波是一种弹性波（纵向应力波），在介质中传播时，它使介质产生相应的弹性形变，从而激起介质中各介质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距（光栅常数）等于声波波长λ。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。图1所示为某一瞬间超声行波的情况，其中深色部分表示介质受到压缩、密度增大，相应的折射率也增大，而白色部分表示介质密度减少，对应的折射率也减少。在行波声场作用下，介质折射率的增大或减小交替变化，并以声速v（一般为10^3m/s量级）向前推进。由于声速仅为光速的数十万分之一，所以对光波来说，运动的“声光栅”可以看作是静止的。

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声光效应与光拍法测光的速度

                                                                       

【摘要】：

本实验利用扫描干涉仪测量激光的纵模间距及由声光效应产生的0级衍射劈裂；观察超声波的功率、声光晶体的转角对衍射现象的影响；根据声光效应原理采用驻波法产生拍频波,通过光速测量仪可对光速进行测量。通过本实验，了解光拍频波的概念、以及声光效应，掌握测量光速的技术。实验中测得激光的两纵模间距为614.75MHz；在超声波的频率为75MHz下0级衍射劈裂为122.95MHz；光速的大小为c=2.794×10⁸m/s。

关键词：

声光效应、光拍频波、光速、驻波法、双光束相位比较法

一、实验引言：

光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。光速已经直接用于距离测量，在国民经济建设和国防事业上大显身手，光的速度又与天文学密切相关，许多物理学中的基本常数都与光速有关。

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