声光效应实验探究论文
声光效应实验原理
声光效应实验原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠声光效应实验原理。
你说这声光效应啊，就像是一场奇妙的魔术表演！咱可以把光想象成一个调皮的小精灵，在介质里欢快地跑着。
而声波呢，就像是给这个小精灵设置了各种障碍和轨道。
当声波出现的时候，就好像给介质这个大舞台来了一场大改造。
原本光精灵走的路好好的，突然这路就变得弯弯曲曲啦！这光精灵没办法，只能顺着声波给它弄出来的新道路跑。
你想想看，这光精灵本来直直地往前冲，突然路变了，它的前进方向也就跟着变了呀！这可不就是声光效应嘛！比如说，我们拿一块特殊的晶体，就像给光精灵准备了一个特别的游乐场。
然后我们再用声波去干扰这个晶体，嘿，光精灵在里面的表现就完全不一样啦！它的传播方向、速度啥的都可能发生变化。
这就好像我们走路，本来走在平路上好好的，突然有人在地上挖了好多沟沟坎坎，那我们走的路线不就得跟着变嘛。
声光效应在生活中也有很多应用呢！比如说在一些测量仪器里，就靠着它来实现精确的测量。
这就好比我们有一把特别准的尺子，可以量出很细微的东西。
而且啊，这声光效应还能让我们看到一些平时看不到的奇妙现象。
就好像给我们打开了一扇通往神秘世界的小窗户，让我们能窥探到一些奇妙的景象。
咱再深入想想，这大自然可真是神奇啊！光是和声波这么一结合，就能产生这么有趣的现象。
这要是没有科学家们去研究、去发现，我们哪能知道这些好玩的事儿呢。
所以说啊，科学真的是太有意思啦！声光效应就是一个很好的例子。
它让我们看到了物质世界里那些隐藏起来的奇妙联系，让我们对这个世界有了更深的认识。
这声光效应实验原理，不就是大自然给我们出的一道有趣的谜题嘛！我们通过不断地探索、实验，一点点地解开这个谜题，找到背后的答案。
这过程多刺激，多好玩啊！大家可别小看了这些科学知识，它们可都是我们探索世界的重要工具呢！它们能让我们看到更多的精彩，能让我们的生活变得更加丰富多彩。
就像声光效应一样，看似简单，实则蕴含着无尽的奥秘等待我们去发现呢！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
声光效应总结报告范文(3篇)
第1篇一、引言声光效应是一种重要的物理现象，指的是声波在传播过程中与物质相互作用，导致物质的折射率发生变化的现象。
声光效应在光学、声学、光电子学等领域有着广泛的应用，如声光调制、声光隔离、声光开关等。
本文对声光效应的基本原理、研究进展、应用领域及发展趋势进行总结。
二、声光效应的基本原理声光效应的产生与声波在介质中的传播有关。
当声波传播到介质中时，介质的密度和折射率会发生变化，从而影响光波的传播。
根据声波与光波的相互作用，声光效应可分为以下几种类型：1. 声光折射：声波传播到介质中，使介质折射率发生变化，导致光波发生折射。
2. 声光衍射：声波与光波相互作用，使光波发生衍射。
3. 声光吸收：声波传播到介质中，使介质吸收部分光能。
4. 声光散射：声波传播到介质中，使光波发生散射。
三、声光效应的研究进展1. 声光材料的研究：近年来，随着声光材料研究的深入，新型声光材料不断涌现，如声光晶体、声光玻璃等。
这些材料具有优异的声光特性，为声光效应的应用提供了更多选择。
2. 声光器件的研究：声光器件是声光效应应用的关键，近年来，声光器件的研究取得了显著进展。
例如，声光调制器、声光隔离器、声光开关等器件在通信、光学传感等领域得到了广泛应用。
3. 声光效应在光学领域的应用：声光效应在光学领域具有广泛的应用，如光纤通信、激光雷达、光学成像等。
通过声光效应，可以实现光波的调制、隔离、开关等功能。
四、声光效应的应用领域1. 通信领域：声光调制器在光纤通信系统中具有重要作用，可以实现高速数据传输。
2. 光学传感领域：声光传感器具有高灵敏度、高稳定性等优点，在光学传感领域具有广泛应用。
3. 光学成像领域：声光效应在光学成像领域可以实现图像的快速处理、增强等功能。
4. 激光雷达领域：声光效应在激光雷达系统中可用于距离测量、目标识别等。
五、声光效应的发展趋势1. 新型声光材料的研究：未来，新型声光材料的研究将更加注重材料性能的优化，以满足不同应用领域的需求。
声光效应实验报告 华科大近代物理实验
声光效应实验报告November 19 2011当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。
当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应声光效应实验报告一、实验目的1．了解声光效应的原理。
2．了解喇曼—纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点。
3．通过对声光器件衍射效率，中心频率和带宽等的测量，加深对其概念的理解。
4．测量声光偏转和声光调制曲线。
二、实验原理当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。
当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。
有超声波传播着的介质如同一个相位光栅。
设声光介质中的超声行波是沿у方向传播的平面纵波，其角频率为w s，波长为λs，波矢为k s。
入射光为沿х方向传播的平面波，其角图 1 声光衍频率为w ，在介质中的波长为λ，波矢为k 。
介质内的弹性应变也以行波形式随声波一起传播。
由于光速大约是声波的105倍，在光波通过的时间内介质在空间上的周期变化可看成是固定的。
当超声波在各向同性的介质中传播时，微小应变引起的折射率的变化为3012n n PS ∆=-设光束垂直入射通过厚度为L 的介质，则前后两点的相位差为()()00,sin s s k n y t L t k y ΦΦδΦω∆==∆+-当光束斜入射时，如果声光作用的距离满足L ＜λS2 ／2λ，则各级衍射极大的方位角θm 由下式决定。
布喇格角满足称为布喇格条件。
因为布喇格角一般都很小，故衍射光相对于入射光的偏转角φ为式中，νS 为超声波波速，f S 为超声波频率2B ss s i f nv λλλΦ=≈=在布喇格衍射的情况下，一级衍射光的衍射效率为三、实验仪器声光器件，功率信号源，CCD光强分布测量仪，USB100计算机数据采集盒，模拟通信收发器，光电池盒，半导体激光器，光具座，示波器和频率计等四、实验步骤1.观察喇曼-纳斯衍射和布喇格衍射，比较两种衍射的实验条件和特点2.调出布喇格衍射，用示波器测量衍射角，先要解决“定标”的问题，即示波器X方向上的1格等于CCD器件上多少象元，或者示波器上1格等于CCD器件位置X方向上的多少距离3.布喇格衍射下测量衍射光相对于入射光的偏转角φ与超声波频率（即电信号频率）fs的关系。
声光效应的研究与光拍法测量光速方法的改进
声光效应的研究与光拍法测量光速方法的改进摘要：本实验通过扫描干涉仪测量了激光的纵模间距及由声光效应产生的0级衍射劈裂；观察了超声波的功率、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。
通过实验，提出通过避免长距离移动滑块的方法可以提高测量光速的准确度。
实验中测得激光的两纵模间距为617.10MHz ；在超声波的频率为75MHz 下0级衍射劈裂为135.96MHz ；光速的大小为c=2.944×108m/s 。
关键词：光速、声光效应、光拍频波 1．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。
1607年加伽利略(G.Galilei)做了世界上第一个测量光速的实验，虽然未能获得确定的结果,但是这个实验的设计思想为后来实验测量光速提供了有益的启示。
1849年法国物理学家斐索(A.Fizeau)成功地在地球范围内对光速进行了测量，他是第一个证明光速可以在实验中测得的人.1850年法国物理学家傅科(J.Foucault)用旋转镜法使光源的像产生位移测得光速2.98×108m/s ，使光学实验技术产生了重大突破。
此后，测量光速的方法经历了一系列重大改进,所有这些方法都获得了数值相近的光速值。
1960年激光出现以后英国国立物理实验室和美国国家标准局在1970年最先用激光测量了光速，其不确定度达10-9。
1973年6月，国际计量局米定义咨询委员会推荐了新的光速值为c=(299 792 458±1)m/s 。
这是当前公认的最精确的光速值。
利用声拍法可以达到测量光速的目的，为产生光拍频波，可通过声光效应来实现。
声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。
60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。
声光效应在光纤通信中的应用与优化研究
声光效应在光纤通信中的应用与优化研究光纤通信作为现代信息传输领域的重要技术，已经在我们的日常生活中得到了广泛应用。
与传统电信相比，光纤通信具有更高的传输速度和更大的带宽，但是由于信号传输过程中的信号衰减和其他干扰因素的存在，对光纤通信中的信号传输进行优化研究变得尤为重要。
其中，声光效应作为一种通过光的干涉来调制信号的技术，为光纤通信的优化提供了新的思路。
声光效应是指在一些特定的晶体中，当光束经过晶体时，会与声波相互作用，从而产生光的干涉现象。
这种声光效应可以通过光纤中的马赫-曾德尔干涉仪来实现，这种干涉仪由激光器、光纤、晶体和探测器组成。
通过声光效应可以实现光信号的调制和解调，从而提高光纤通信的传输性能。
首先，声光效应可以将光信号转换为声信号，这样可以减少信号传输过程中的噪声干扰。
其次，声光效应还可以将声信号再转换为光信号，这样可以提高信号的传输距离和传输速度。
此外，声光效应还可以实现光信号的多路复用和解复用，从而提高光纤通信的容量和灵活性。
然而，声光效应在光纤通信中的应用还面临一些挑战。
首先，声光晶体的制备和集成需要高度精确的工艺和技术，这对材料科学和工艺工程师提出了更高的要求。
其次，声光效应在光纤通信中的应用需要对晶体的声学特性和光学特性进行深入研究，以寻求更有效的调制和解调方法。
此外，由于声光效应需要引入声学信号，因此需要合适的声学波导结构来实现声波在晶体中的传输。
因此，声光效应的应用还需要与声学波导结构的设计相结合。
针对以上挑战，研究者们在光纤通信中进行了广泛的应用与优化研究。
首先，他们通过优化声光晶体的制备工艺和工艺参数，提高了声光效应的调制效率和解调效率。
其次，他们通过设计新型的光纤声学波导结构，实现了声波的有效传输和耦合。
此外，还有一些研究者通过结合声光效应和其他调制技术，实现了多种信号的传输和处理，从而进一步提高了光纤通信的性能。
总之，声光效应在光纤通信中的应用与优化研究为提高光纤通信的传输性能和容量提供了新的思路和方法。
近代物理实验七 声光效应综述
实验七 声光效应声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。
60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。
声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。
利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。
SO2000声光效应实验仪采用了中心频率高达100MHz 的声光器件、100MHz 的功率信号源和分辨率达11μm 的CCD 光强分布测量仪，因此物理现象特别显著，仪器体积小巧，测量结果精确，适合各校实验室用于普通物理、近代物理和演示实验。
一、 硬件组成一套完整的SO2000声光效应实验仪配有：已安装在转角平台上的100MHz 声光器件、半导体激光器、100MHz 功率信号源、LM601 CCD 光强分布测量仪及光具座。
每个器件都带有ø10的立杆，可以安插在通用光具座上。
在终端，如果用示波器进行实验，则构成了示波器型SO2000；如果用计算机进行实验，则构成了微机型SO2000（微机型SO2000还需配备USB100数据采集盒及工作软件）。
1． 声光器件(声速V = 3632m/s,介质折射率n = 2.386)声光器件的结构示意图如图1所示。
它由声光介质、压电换能器和吸声材料组成。
本实验采用的声光器件中的声光介质为钼酸铅，吸声材料的作用是吸收通过介质传播到端面的超声波以建立超声行波。
将介质的端面磨成斜面或成牛角状，也可达到吸声的作用。
压电换能器又称超声发生器，由妮酸锂晶体或其它压电材料制成。
它的作用是将电功率换成声功率，并在声光介质中建立起超声场。
压电换能器既是一个机械振动系统，又是一个与功率信号源相联系的电振动系统，或者说是功率信号源的负载。
光声效应的原理及应用
光声效应的原理及应用1. 引言光声效应是一种非线性光学现象，描述了由于光与声波的相互作用而引起的声光效应。
通过将一个频率较高的激光束聚焦到介质中，然后通过声波的激励，在介质中引起声波密度的调制，进而导致光的散射。
在这种过程中，光子与声子之间的相互作用导致了能量的传递，从而产生了光声效应。
光声效应具有许多独特的特性，使其在各种应用中发挥了重要作用。
2. 光声效应的原理光声效应的原理可以简单地描述为光的吸收、声波激励和光散射的相互作用。
当一个脉冲激光束照射到介质中时，光子被吸收，并引起周围介质中的局部加热。
该加热导致了介质中的温度升高，并在介质中产生了一个声波。
这个声波在介质中传播，同时导致光的密度调制，从而产生了散射的光。
光声效应的原理可以用下面的步骤总结：•激光束的吸收•温度增加和声波的产生•光密度调制•光的散射3. 光声效应的应用光声效应具有许多重要的应用，以下列举了一些典型的应用领域：3.1 光声显微镜光声显微镜是一种采用光声效应的显微镜，它结合了光学和声学的特点，可以获取高分辨率的图像。
通过将样本置于显微镜中，然后使用激光束照射样本，光声显微镜可以获得活体细胞、组织和生物标记物的三维图像。
光声显微镜在生物医学研究、生物医学成像和临床诊断中有广泛的应用。
3.2 光声成像光声成像是利用光声效应来获取组织结构和功能信息的成像技术。
通过将样本置于光束的聚焦区域，并使用探测器来记录由光声效应产生的声波信号，可以重建样本的图像。
光声成像在医学成像、材料科学和纳米技术等领域具有广泛的应用。
3.3 光声光谱学光声光谱学是一种通过测量光声效应产生的声波信号强度来分析样品的化学成分和结构的技术。
在光声光谱学中，样本被照射并激发，通过分析由光声效应产生的声波信号的频率和幅度变化，可以确定样本的化学成分和结构。
光声光谱学在材料科学、环境监测和生物医学研究中具有重要的应用。
3.4 光声能量转换光声能量转换是一种将光的能量转换为声波能量的过程。
光声效应实验研究
1998年 第6期中山大学学报论丛SUPPL EME NT TO T HE JOURN AL OF SUN Y A TSEN U NIVERSIT YNo .6 1998 光声效应实验研究杨观镇(茂名教育学院,广东茂名525000)摘 要 用理想气体模型描述了光声效应的产生机理,并介绍了用光声效应产生各种不同频率的声波以及用这些声波相干叠加产生声拍的实验原理、方法和实验结果.关键词 光声效应,光谱技术,实验分类号 O 433光声效应是一种超高灵敏度和应用非常广泛的光谱技术,由于其在物理、化学、生物、医学等领域上用途广泛,最近二三十年来人们对其进行了广泛和深入的研究.为了将这一集光、声、热及微弱信号检测于一体的综合技术引进到大学物理中来,作者以一种简化直观的物理模型阐明了光声效应的产生机制,并用一套相对简单、易于制作的实验装置演示了光声效应的产生过程,而且用这种实验装置观察到光声效应的拍频现象.1 原 理1.1 光声效应的产生机制光声效应是一种光诱导声振动的过程.当物质吸收光后,部分光能量转换成热能,使物体的温度升高和体积膨胀,如果对入射光进行周期性调制,则在物体内产生周期性振动,这种周期性振动在空间的传播便形成了声波(即所谓的光声信号).对于气体样品,如果气体的吸收系数为α,入射光强为I 0,则在单位时间内单位体积的气体吸收的能量为αI 0,假设这部分能量全部转变为平移动能,则单位体积内气体的动能变化率为:Kt=αI 0(1)对于理想气体,根据热力学定律可得:dK =K T y ,V dT +KV op TdV (2)式中,T 、V 分别是温度和体积,体积不变时,有:dK =K TVdT =C V dT (3)因此,K =V T +f(V )()收稿日期5 C 4:1998-11-1式中,C V 为单位体积的定容比热,f(V )为仅依赖于体积而与温度无关的函数.对于理想气体,压强可表示为:p =k NT(5)式中,k 为玻尔兹曼常数,N 是单位体积的分子数,于是:p =k N(K -f(V ))/C V (6)压力波为p/t ,对(6)式求导得:p t =k N αI 0C V (7)(7)式就是气体吸收光能量后引起的压强变化率.如果对入射光I 0进行周期性调制,调制频率为ω,则调制以后的光强为:I =I 0/2(1+co s ωt)(8)则气体的压强也将产生周期性的变化:p t =kN αI 02C V(1+co s ωt)(9)对(9)式积分可以得到单位体积内气体压强的表达式,其中周期性变化的部分为:p =(k N αI 0)/(2ωC V )(sin ωt)(10)这个压力扰动就是声波的振源,这个扰动在空间的传播便形成了声波,声波的频率为ω,振幅为:A =(kN αI 0)/(2ωC V )(11)显然,光声信号与吸收系数及入射光强成正比,与入射光的调制频率成反比,这与用波动方程导出的结果是一致的.但由于这个简化模型没有考虑热传导损耗以及气体的边界条件,因此这结果没有涉及品质因素和共振频率等细节问题.1.2 声波拍频的产生若以两束调制频率分别为ω1和ω2的激光束入射到同一样品上,则它们所产生的扰动分别为:y 1=A sin (ω1t +φ1)y 2=A sin (ω2t +φ2)(12)则合扰动为:y =y 1+y 2=2A sin ω1-ω22t +φ1-φ22虚.sin ω1+ω22t +φ1+φ22少1(13)显然,合振动的振幅受到差频信号sin ω1-ω22t +φ1-φ22中的调制,这种时强时弱的振动就是两列声波所产生的声拍.2 实验方法光声信号通常比较小,必须用一个密封的光声池才能探测到,光声池的结构包括1个带透光窗口的密封容器(通常由金属做成)和一个微音器组成,其结构如图1所示,为了提高光声信号的强度,通常在光声池的另一端加上炭黑.整个实验装置和实验结果分别如图、图3所示154中山大学学报论丛 1998年2.图1 光声池的结构图2 光声效应实验装置示意图图3 光声效应的实验结果155第6期 杨观镇:光声效应实验研究。
声光效应实验报告
声光效应实验报告声光效应实验报告引言：声光效应是指声音和光线相互作用产生的现象。
通过声音的振动引起光线的变化，或者通过光线的变化产生声音的效果。
在本次实验中，我们将通过一系列实验，探索声光效应的原理和应用。
实验一：声音引起光线的变化实验目的：通过声音的振动引起光线的变化，观察声光效应。
实验步骤：1. 将一块平面镜固定在震动膜上方。
2. 将音频信号传输到震动膜上。
3. 打开音频信号，产生声音振动。
4. 观察镜面上的光线变化。
实验结果：当音频信号传输到震动膜上时，镜面上的光线开始发生变化。
光线的方向和强度随着声音的振动而改变。
声音的频率和振幅对光线的变化有明显影响。
实验二：光线引起声音的变化实验目的：通过光线的变化产生声音效果，观察声光效应。
实验步骤：1. 在黑暗的环境中放置一台激光器。
2. 将光线照射到光敏电阻上。
3. 通过光敏电阻将光信号转化为电信号。
4. 将电信号传输到扬声器上。
5. 打开激光器，观察扬声器上的声音变化。
实验结果：当激光器照射到光敏电阻上时，扬声器上开始发出声音。
光线的强度和变化频率会影响声音的音调和音量。
不同的光线强度和频率会产生不同的声音效果。
实验三：声光效应的应用实验目的：探索声光效应在实际应用中的潜力。
实验步骤：1. 将声音信号传输到激光器上。
2. 将激光器照射到一个反射面上。
3. 观察反射面上的光线变化。
4. 将光线变化转化为声音信号。
5. 通过扬声器播放声音。
实验结果：通过将声音信号传输到激光器上，并将激光器照射到反射面上，我们可以观察到反射面上的光线变化。
通过将光线变化转化为声音信号，并通过扬声器播放，我们可以听到与光线变化相对应的声音效果。
这种应用可以用于声音和光线的交互娱乐，例如音乐会或演出中的特殊效果。
结论：通过本次实验，我们深入了解了声光效应的原理和应用。
声音和光线的相互作用产生了令人惊叹的效果，为我们带来了更多的娱乐和创造可能性。
声光效应不仅在娱乐领域有广泛应用，还在科学研究和技术发展中起到重要作用。
声光效应实验报告长安大学
竭诚为您提供优质文档/双击可除声光效应实验报告长安大学篇一：声光效应实验报告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 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fs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：??2ib?vs??sfs???0?sn?s注:L是声光介质的光出射面到ccD线阵光敏面的距离。
则Φ-fs曲线为根据表格计算可得：s?1048m/s篇二：声光效应实验实验报告声光效应的研究班级：应物21班姓名：许达学号：2120903018光通过某一受到超声波扰动的介质时，会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。
利用声光效应可以制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和谐调滤光器等。
声光效应还可用于控制激光束的频率、方向和强度等方面。
在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。
一、实验目的1．2．3．二、实验仪器he-ne激光电源，声光器件，ccD光强分布测量仪，高频功率信号源，示波器，频率计。
三、实验原理当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变，这种应变在时间上和空间上是周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应了解声光效应的原理；测量声光器件的衍射效率和带宽及对光偏转的研究；利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。
的变化。
光声效应实验教学分析论文
光声效应实验教学分析论文关于光声效应实验教学分析论文物质在强度调制光束的照射下会在其内部或其耦合气体中产生声信号，这种现象被称为光声效应．１８８０年Ａ．Ｇ．Ｂｅｌｌ首次报道了光声效应，１９３８年光声效应开始在气体波谱测量和成分分析领域使用，１９７３年以后光声效应被应用于非气态物质物性分析，现已发展成在自然科学、工程技术的诸多领域有着广泛应用的光声检测技术．光检测技术能测定物质的吸收光谱、热学参量，能对固体材料进行深度剖面分析．鉴于光声检测技术应用的广泛性，本文介绍一套自行搭建的教学用光声检测实验装置．利用该装置学生能进行光声效应原理实验，获得光声信号依赖于被测样品的光学和热学性质的感性认识，理解光声检测技术的内涵．１、实验原理及装置是光声效应实验系统框图．在激光器电源的驱动下，半导体激光器发出强度调制光束．激光束透过光声盒的玻璃窗口，投射到被测样品表面．样品吸收光能，向紧邻样品表面的边界（气体）层传导周期性热流，导致边界层温度的周期性变化和边界层的周期性膨胀、收缩．这像１只活塞推动光声盒内气柱的其余部分产生声压信号］．压信号由传声器及其前置放大器转换成电压信号．光声电压信号输入锁相放大器检测并输入示波器显示．激光器电源的调制信号和示波器的同步触发信号均来自锁相放大器的ＴＴＬ信号输出．ＴＴＬ信号的频率决定激光强度的调制频率以及光声信号的频率．该频率可通过锁相放大器前面板上的频率调节手轮选定．光声信号通常很微弱，需要采用锁相（对周期信号）、取样积分（对重复脉冲信号）等微弱信号检测技术将其从较强的噪声背景中检出．只有当光声信号足够大时，才能直接供示波器显示．由于采用连续波调制的半导体激光器（上海熙隆光电科技有限公司，型号ＤＬ－４５０－１２００－Ｔ２，波长４５０ｎｍ，功率１．２Ｗ）作为光声信号的激励源，被测样品又为对光易吸收的粉末，实验装置中既使用了锁相放大器（美国ＳｔａｎｆｏｒｄＲｅｓｅａｒｃｈＳｙｓ－ｔｅｍ，型号ＳＲ８３０，频率范围１ｍＨｚ～１０２．４ｋＨｚ）来检测光声信号的幅值和相位，又使用了普通示波器直接显示光声信号波形．实验装置中，光声盒由一只１″水管内丝铜三通接头制作．为保证光声盒的密封性，在三通接头的上端面用环氧树脂胶接窗口玻璃，在三通接头的下端和水平出口端拧上缠有密封带的堵头．传声器选用迹叮恚怼粒担恚淼淖ぜ体传声器，用密封带包紧塞入三通接头水平出口端堵头中心预钻的小孔．传声器的前置放大器为自制电路．为实验装置实物照片，）局部放照片的上端为激光器，下端为光声盒．２、实验内容、过程及结果２．１不同粒度硅粉的扫频光声检测为检验实验装置的性能，首先进行了３种粒度硅粉的扫频光声检测实验．实验过程是：１）将已筛分好的－２００～＋２８０目、－１００～＋２００目和＋１００目９９．５％纯度硅粉分次装入光声盒的下堵头底部，并将堵头拧入光声盒下端口．２）将光声盒置于激光器下方，调整光声盒的水平位置，使激光束（光斑大小３ｍｍ×３ｍｍ）照射到硅粉区域中央．３）在锁相放大器的前面板上，缓慢旋转频率调节手轮改变激光调制频率，观察光声信号幅值的变化；在频率改变较大而光声信号幅值仍单调上升／下降和光声信号出现极值情况下，暂停改变频率，记录光声信号的幅值和相位．实验时，激光功率为０．６Ｗ，频率扫描覆盖整个音频范围．给出了３种粒度硅粉的光声信号幅值随激光调制频率的变化．中曲线有一系列峰值结构，并且峰值出现的位置基本一致．这些峰值由光声腔内三维声场的共振效应造成的．２．２不同光声腔长下的硅粉扫频光声检测为验明光声信号幅值－频率曲线共振峰的影响因素，取同一粒度的硅粉进行不同光声腔长下的扫频光声检测实验．实验过程和实验参量与２．１基本相同，不同的是：将－２００～＋２８０目硅粉盛于一倒置塑料小瓶盖中，但瓶盖在光声盒中的搁置高度不同．瓶盖搁置高度越高，离窗口玻璃越近，光声腔长越短．利用不同高度的纸筒托起瓶盖就能改变光声腔长．给出了３种光声腔长下同一粒度硅粉的光声信号幅值随激光调制频率的变化，其中的实线、虚线、点线分别对应长（硅粉直接盛于下堵头内）、中（硅粉高度在三通接头中间）、短（硅粉高度达到三通接头水平孔上端）３种光声腔长．各条曲线均出现一系列共振峰，但共振峰的位置不再相同，因为光声腔的边界条件改变了．２．３在非共振频率区和共振频率区的硅粉光声信号比较以上２组实验说明：光声信号幅值－频率曲线的峰值结构主要由光声腔的结构影响所致；对于一定结构的光声腔，会有一定的声场共振峰．利用该现象，可在共振频率处进行光声检测，以得到较大幅值的光声信号，提高检测精度．这组实验就是在非共振频率区和共振频率区进行不同粒度硅粉的光声检测．实验时，激光功率为１Ｗ，在非共振频率区和共振频率区的频率扫描均按１０Ｈｚ的步距．其余实验过程和实验参量与２．１相同．给出了３种粒度硅粉分别在非共振频率区和共振频率区的光声信号幅值随激光调制频率的变化．在中，非共振频率区的光声信号幅值－频率曲线表现出很好的信号幅值与粉末粒度的相关性，粉末粒度越小，光声信号幅值越大．这是由于粉末粒度越小，样品吸收光能的有效表面积越大，吸收光的'能力越强．另外，频率越低，光声信号幅值越大．在中，共振频率区的光声信号幅值－频率曲线也表现出信号幅值与粉末粒度的相关性，粉末粒度越小，光声信号峰值越大．各峰值的频率并不一致，这是由于在下堵头加装的硅粉高度有一定差别造成的．３、实验教学讨论光声信号既与被测样品的光吸收特性（吸收光谱、吸收系数）、热学特性（热传导率、密度、比热）有关，又与光声腔的结构、电声检测系统的性能有关．上述实验装置只是为学生开展光声效应实验提供了基础平台．基于此平台可开展多个实验教学项目．１）光声盒设计光声盒是光声检测装置的核心元件．上述实验装置中的光声盒由水管三通接头制作，它具有理想光声盒的基本功能———容纳被测样品、安置传声器、与外部环境隔声、通过激励光束，但它没有全面遵循光声盒的设计原则，其频率响应特性、光声效应强度不佳．让学生参与到光声盒的设计、制作和检验中，有助于他们掌握光声检测技术的核心知识，培养科研工作能力．２）固体材料热学参量测量热性能是材料的重要参量，建筑、航空航天、机械制造、家用电器等许多行业均需测量材料的热学参量，而光声检测技术适用于材料热学参量的测量．通过这类实验，学生可以在测量理论模型的建立、实验参量的选取、实验系统的标定、实验数据的处理与分析等方面得到系统训练．３）调制电路和数字锁相放大器开发本文介绍的实验装置使用了对实验教学而言价格偏贵的锁相放大器．这对于学生人数少的自选类、设计性实验项目不是问题．对于较大规模的实验教学，完全可以选用光声效应强的样品，用花费极少的调制电路取代锁相放大器．就像上面提到的硅粉样品，其光声信号幅值在低频和共振频率处都很大，用普通示波器就可观察到．调制电路为方波产生电路，学生可独立设计、装配，并可在商品数据采集电路基础上开发一般性能的数字锁相电路及相应的软件．４、结束语本文介绍的光声效应实验装置为开展物性分析方面的实验提供了基础平台．利用该装置，学生能开展设计性实验、教学实践、科技创新活动类项目的研究：既可基于现有装置，在材料、制造工艺、环境监测、生物、医药等专业课程的学习中发现需求，应用光声检测技术；也可设计光学、声学、电子器件，拓展装置功能．。
光学材料中的光声效应与光声器件研究
光学材料中的光声效应与光声器件研究光学材料是指在光的作用下表现出特殊光学性质的材料。
其中，光声效应是一种在光的激发下产生声波的现象，是光学与声学相互作用的重要研究领域。
随着科学技术的不断发展，光声效应及其应用在光学材料中的研究也越来越受到关注。
光声效应的基本原理是通过光的吸收和热膨胀效应来产生声波。
当光线照射到光学材料上时，光子被材料吸收，导致材料温度升高，进而引起材料的膨胀。
由于光的吸收和热膨胀的非均匀性，产生的热膨胀差异会产生声波。
这种声波被称为光声波，具有高频、大幅度和快速传播的特点。
光声效应在光学材料中的研究主要包括两个方面：光声效应的理论研究和光声器件的设计与应用。
在光声效应的理论研究中，研究人员通过数学建模和实验验证，深入探究了光声效应的机理和特性。
他们发现，光声效应的强度与光的吸收系数、光的强度、材料的热导率等因素密切相关。
通过研究这些因素的相互关系，可以更好地理解光声效应的产生机制，并为光声器件的设计提供理论依据。
光声器件的设计与应用是光学材料中的另一个重要研究方向。
光声器件是利用光声效应来实现光学与声学转换的装置。
常见的光声器件包括光声调制器、光声放大器和光声显微镜等。
这些器件在光学通信、生物医学成像、材料检测等领域具有广泛的应用前景。
以光声调制器为例，它是一种利用光声效应来调制光信号的器件。
通过将光信号转化为声波信号，再将声波信号转化为光信号，可以实现光信号的调制和传输。
光声调制器具有高速、宽带、低损耗等优点，被广泛应用于光纤通信、激光雷达等领域。
除了光声调制器，光声放大器也是光学材料中的重要光声器件。
光声放大器是一种利用光声效应来放大光信号的器件。
通过将光信号转化为声波信号，并利用声波的放大效应来增强光信号的强度，可以实现光信号的放大。
光声放大器具有高增益、低噪声等优点，被广泛应用于光通信、光存储等领域。
光声显微镜是光学材料中另一个重要的光声器件。
光声显微镜利用光声效应来实现对生物组织、材料结构等微观结构的成像。
基于声光效应的交通安全警示系统的研究
基于声光效应的交通安全警示系统的研究第一章：前言随着城市化进程的加快，交通运输量急剧增加。
特别是在城市中，交通事故不断增多，给人们的生命财产安全带来很大的威胁，交通安全问题已经成为了城市发展过程中亟待解决的问题之一。
为了保障交通参与者的生命安全，中国及世界各国已经采用了很多措施来提高交通安全指数，其中交通安全警示系统技术的研究和应用是其中一个重要方向。
声光效应是一种结合声音和光线产生的视觉与听觉共同作用的效应。
货车尤其大型载货车因体积大，在行驶过程中轻易掀起路面小石子，引起声响剧烈。
加上交通运输在城市中通行，车辆密度大，嘈杂环境中发出的声音容易混杂，人们很容易忽略交通提示声。
而利用声光效应，能够在嘈杂环境中引起人们强烈的关注，成为一种重要的交通提示手段。
本文将围绕交通安全警示系统的声光效应展开，详细阐述声光效应在交通安全中的应用和效果，以及在实践中的不足之处和改进方向。
第二章：基于声光效应的交通安全警示系统的基本原理基于声光效应的交通安全警示系统是将声音和光线进行复合产生警告效果的一种交通安全警示系统。
其基本原理是利用可听见的警示声音和可见的警示灯光对行人、车辆进行警告，以达到确保交通安全的目的。
该系统主要由声光吸收器、警示信号发生器、警示信号发射器、控制器、电源以及注塑外壳等部分组成。
主要实现的功能是发出声音和红色警示灯光，提醒行人和车辆关注路面上的安全情况。
第三章：基于声光效应的交通安全警示系统的优势1.提高了被看到和听到的效果声光效应能够使听觉和视觉产生同时受到刺激的效果，提高了警示效果。
在城市的嘈杂环境中，利用声光效应可以使人们更容易察觉到警示信号。
而且在深夜、导致视线障碍的天气环境下，红色警示灯光的发出能够提高通行者的视觉警觉性，保障行人以及车辆的安全顺畅。
2.信息内容更加丰富仅通过喇叭声音和警示指示灯颜色，交通安全信息传达不够丰富。
利用声光效应，可以在喇叭发声的同时显示出相关的信息，如道路限速提示，车辆禁区提示等。
基于声光效应的音频声光通信研究
利用声光效应产生的布拉格衍射,对音频信号进行调制,可实 现声光模拟通信,其实验装置原理图如图4所示。在模拟声光通信实 验中,功率信号源打在“调幅”档,信号发送器将音频信号加载在由 声光功率信号源产生的高频的声波中。声光功率信号源将调幅信号 发送至声光器件,在声光效应的作用下发生布拉格衍射,衍射光光 强被调制。载有调制信号的衍射光在光电池盒中被转换为电信号, 经过模拟通信接收器的解调、放大等处理,重现原信号,完成音频信
声光效应可产生布拉格衍射(Bragg)和拉曼纳斯衍射,但通过 合理选择参数,布拉格一级衍射效率理论上可达到100%,而喇曼-纳 斯衍射中一级衍射光的最大衍射效率仅为34%[3]。因此,本文主要对 布拉格衍射条件下声光器件的性能进行研究,利用origin软件对进 行实验数据处理,详尽分析了声光调制的幅度特性及频率特性;通 过构建声光通信实验系统,对音频声光模拟通信进行了研究。 1 基于声光效应Bragg衍射的基本原理
99.5MHz,此时衍射效率高达98.5%。找出相对强度下降到最高值的 1/ 2 时对应的频率为:f1=85MHz,f2=108.5MHz。可知带宽Δ fs=23.5MHz。
2.2 声光调制特性分析
布拉格衍射下,固定功率信号源的超声波频率在上述分析的的 中心频率99.5MHz上,记录0级光强(I0)和1级衍射光强(I1)以及超声 波功率(Ps),可得出其相对声光调制曲线如图3所示。由图可以看出:
图1 示波器显示的布拉格衍射光强图
射光的现象,称为布拉格衍射,衍射光强如图1所示。
当发生布拉格衍射时,设入射光强为Ii,则1级衍射光强可表 示为:
I1
Ii
sin2 (
nL)
(1)
上式中,Δn为声致折射率的变化。在各向同性的介质中,由应
声光效应实验探究论文
普通物理实验Ⅲ课程论文题目声光效应实验研究学院专业年级学号姓名指导教师论文成绩____________________ 答辩成绩____________________2015年月日声光效应实验研究摘要：由外力引起介质的弹性形变产生的光学效应，称为力学光学效应或弹光效应。
当光波和声波同时在介质中传播时，会出现两种波的相互作用，这种相互作用通过声光介质耦合，这称为“声光衍射”或“声光作用”。
声波引起的弹光效应加上声光作用合称为“声光效应”。
本论文旨在加深对声光效应原理的理解，通过实验验证声光效应理论。
并以布喇格衍射为研究主体，通过对声光器件0级和1级衍射光斑的距离和衍射光相对强度的测量，绘制出声光偏转曲线和声光调制曲线,进而对相关物理量进行定性或定量的分析。
关键词：声光衍射；偏转角；超声波功率；衍射效率引言声光效应是指光通过某个受到超声波扰动的介质时发生的衍射现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
声光互作用的研究早在20 世纪的30年代就已开始。
60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。
声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。
利用声光效应制成的声光器件、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的作用。
1 实验原理当晶体中有超声波通过时，会改变晶体的光学性质，使它的折射率随之发生相应的周期性变化，形成随超声波强度变化的分布，整个晶体相当于一个相位光栅。
该光栅间距（光栅常数）等于声波波长，会对入射激光产生衍射作用。
其衍射光的强度、频率、方向等都随超声场的变化而变化，这就是声光效应。
1.1 声光效应的分类①声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。
在各向同性介质中，声-光相互作用不导致入射光的偏振状态发生变化，产生正常声光效应。
在各向异性介质中，声-光相互作用，可能导致入射光的偏振状态发生变化，产生反常声光效应。
析技术在声光效应实验中的应用研究
收稿日期：2004-04-29作者简介：金泽渊（1945-），男，湖南长沙人，湖南师范大学副教授，主要从事实验物理及电子技术应用的研究.第19卷第3期2004年8月长沙电力学院学报（自然科学版）J O U R N A L O F C H A N G S H A U N I V E R S I T Y O F E L E C T R I C P O W E R （N A T U R A LS C I E N C E）V o l .19N o .3A u g ===============================================================.2004脉冲幅度分析技术在声光效应实验中的应用研究金泽渊，唐振坤（湖南师范大学物理与信息科学学院，湖南长沙410081）摘要：研究和设计了一种在声光效应实验中的有效方法———脉冲幅度分析法.该方法大大提高了实验的精确度.关键词：声光效应；脉冲幅度分析器；甄别器；反符合电路中图分类号：O426.3文献标识码：A 文章编号：1006-7140（2004）03-0084-03A p p l i c a t i o n o f P u l s eR a n g eA n a l y s i s T e c h n i q u e t o S o u n d -l i gh t E f f e c t E x pe r i L e n t J I EZ e -yu a n ，T A N GZ h e n -k u n （C o l l e g e o f P h y s i c s&I n f o r m a t i o n S c i e n c e ，H u n a nN o r m a l U n i v e r s i t y ，C h a n gs h a 410081，C h i n a ）A b s t r a c t ：A p u l s e r a n g e a n a l y s i sm e t h o d i s s t u d i e d i n t h e s o u n d -l i g h t e f f e c t e x pe r i m e n t .T h em e t h o d g r e a t l y i m p r o v e s e x p e r i m e n t a c c u r a c y.K e y wo r d s ：s o u n d -l i g h t e f f e c t ；p u l s e r a n g e a n a l y s i sm a c h i n e ；d i s c r i m i n a t em a c h i n e ；a n t i m a t c h c i r c u i t 1声光效应原理与示波测量法声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，是光波与介质中的声波相互作用的结果.当超声波在晶体介质中传播时，将会产生声光效应即引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性变化，结果造成晶体局部压缩或伸长，也使折射率n 发生变化，于是介质中形成了周期性的有不同折射率的间隔层，这些层以声速运动.如果介质中是行波声场，折射率增大或减少交替进行.如图1所示，较高频率f s 的超声波沿Y 方向射入晶体介质.而光束沿X 方向以某一角度斜入射时，当声光作用的距离满足L >2λs／λ的条件，介质就具有体光栅的性质.介质内折射率相同的层就相当于一个“镜面”.当光束1，2入射到同一“镜面”或不同“镜面”时，产生部分反射和部分透射，形成衍射光.衍射光相干增强的条件是它们之间的光程差为波长的整数倍.这就是布拉格衍射.布拉格方程为：s i nθEλ／2λs Eλ・f s／2V s，（1）式中Vs 为超声波的速度；λ和λs分别为光波和超声波的波长.期金泽渊等：脉冲幅度分析技术在声光效应实验中的应用研究月。
声光效应实验论文
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2009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。
关键词：声光效应；超声波频率；偏转角；超声波功率；衍射效率引言声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生的衍射现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
早在20世纪30年代对声光衍射的实验研究就已经开始了。
声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。
利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。
本实验研究就是通过实验对声光效应有一定的认识与了解，并对有关物理量进行定性或定量分析。
1实验原理当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应变化。
当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。
有超声波传播的介质如同一个相位光栅。
1．1 两种声光效应声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。
在各项同性介质中，声－光相互作用不会导致入射光偏振状态的变化，产生正常声光效应。
声光效应的理论与实验研究
声光效应的理论与实验研究声光效应的理论与实验研究⼀、名词解释：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，这种现象称之为声光效应。
声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发⽣散射或衍射的现象。
由于弹光效应，当超声纵波以⾏波形式在介质中传播时会使介质折射率产⽣正弦或余弦规律变化，并随超声波⼀起传播，当激光通过此介质时，就会发⽣光的衍射，即声光衍射。
衍射光的强度、频率、⽅向等都随着超声波场⽽变化。
其中衍射光偏转⾓随超声波频率的变化现象称为声光偏转;衍射光强度随超声波功率⽽变化的现象称为声光调制。
声光衍射可以分为拉曼-拉斯（Ranman-Nath）衍射和布拉格（Bragg）衍射两种情况。
本实验室主要研究钼酸铅晶体介质中的布拉格衍射现象。
布拉格⽅程：θB=sinθB=λfs/2nvs ，其中θB 为布拉格⾓，λ为激光波长，n为介质折射率，vs 为超声波在介质中的速率。
由此布拉格⽅程知不同的频率对应不同的偏转⾓φ=2θB，所以可以通过改变超声波频率实现声光偏转。
布拉格⼀级衍射效率为：η1=I1/Ii=sin2((π/λ).(LM2Ps/2H)1/2) ，其中Ps为超声波功率，M2为声光材料的品质因素，L、H分别表⽰换能器的长和宽。
由此知当超声功率改变时，η1也随之改变，因⽽可实现声光调制。
⼆、基本内容：当超声波传过介质时，在其内产⽣周期性弹性形变，从⽽使介质的折射率产⽣周期性变化，相当于⼀个移动的相位光栅，称为声光效应。
若同时有光传过介质，光将被相位光栅所衍射，称为声光衍射。
利⽤声光衍射效应制成的器件，称为声光器件。
声光器件能快速有效地控制激光束的强度、⽅向和频率，还可把电信号实时转换为光信号。
此外，声光衍射还是探测材料声学性质的主要⼿段。
1922年,L.N.布⾥渊在理论上预⾔了声光衍射;1932年 P.J.W.德拜和F.W.席尔斯以及R.卢卡斯和P.⽐夸特分别观察到了声光衍射现象。
基于声光效应的相干光探测方法的研究
研究与试制基于声光效应的相干光探测方法的研究①Ξ蒋红艳,何 宁(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004)摘 要:基于布拉格衍射和相干光探测原理,分析了入射光和衍射光的特性及数学关系,讨论了如何利用声光偏转器实现信号处理的方法。
从改善空间相干光探测效率出发,提出一种将空间光经声光衍射后注入保偏光纤的处理方法,克服了传统相干探测中光偏振态难控制的缺点,减小了外界环境对信号光和参考光合路的影响,降低了光学系统的调整环节中的难度,有效地解决了相干光探测中光束对准和偏振光的保持问题。
实验证明,在保证一定的耦合光孔径和激光注入效率条件下,将空间光注入保偏光纤,削弱了背景光对合路产生的影响,使信号光和参考光偏振态和传输方向能更好保持,极大改善了空间相干光探测效率,提高了光电探测信噪比。
关键词:相干光探测;布拉格衍射;激光注入;保偏光纤中图分类号:O 434.12文献标识码:A 文章编号:10052488X (2009)0320164204Re s e a rch on the C ohe re nt O p tica l D e te c tion Te chno logyB a s e d on Acous to 2op tic Effe c tJ iang Hongyan ,H e N ing(S chool of Inf or m a tion and Co m m un ica tion ,Gu ilin U n iversity ofE lectron ic T echnology ,Gu ilin Guang x i 541004,CH N )Abstract :B ased on the p rinci p les of B ragg diffracti on and coheren t op tical detecti on ,the m athem atical relati on sh i p betw een inciden t beam and diffractive beam as w ell as their resp ective characteristics are analyzed ,then how to u se acou sto 2op tic deflecto r to ach ieve signal p rocessing is discu ssed .In o rder to i m p rove the efficiency of the sp ace coheren t op tical detecti on ,a m ethod w h ich is realized by in jecting beam in to po larizati on 2m ain tain ing fiber befo re com b in ing is p ro 2po sed .Com p ared w ith traditi onal m ethod ,it can overcom e the sho rtcom ing that po larizati on isdifficu lt to con tro l.M eanw h ile ,the influence that the su rrounding environm en t has on the com 2b inati on of signal beam and reference beam is reduced ,and the com p lex ity and difficu lty in thep rocess of adju sting op tical system are also decreased .T hen the p rob lem how to ach ieve beam alignm en t and m ain tain po larizati on in coheren t op tical detecti on is effectively so lved .W hen the coup ling op tical ap ertu re and laser energy in jecti on efficiency are en su red to m eet dem ands ,ex 2p eri m en ts have show n that ,by in jecting beam in to PM fiber ,the i m p act background ligh t has on com b in ing is w eakened to m ake it easier to keep po larizati on m atch ing betw een signal and refer 2ence beam s ,and then the efficiency and SN R of the sp ace coheren t op tical detecti on can be great 2ly i m p roved .Key words :coheren t op tical detecti on ;B ragg diffracti on ;laser in jecti on ;po larizati on 2m ain 2tain ing fiber第29卷第3期2009年9月 光 电 子 技 术O PTO EL ECTRON I C T ECHNOLO GY V o l .29N o.3 Sep t .2009 ①Ξ基金项目:国家高技术研究资助项目(2007AA 0860);广西研究生教育创新计划资助项目(2008105950810M 416)作者简介:蒋红艳(1985—),女,硕士研究生,研究方向为光通信;(E 2m ail :JH Y 8499@ )何 宁(1958—),男,研究员,主要从事光通信方向的教学和研究。
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普通物理实验Ⅲ课程论文题目声光效应实验研究学院专业年级学号姓名指导教师论文成绩____________________ 答辩成绩____________________2015年月日声光效应实验研究摘要：由外力引起介质的弹性形变产生的光学效应，称为力学光学效应或弹光效应。
当光波和声波同时在介质中传播时，会出现两种波的相互作用，这种相互作用通过声光介质耦合，这称为“声光衍射”或“声光作用”。
声波引起的弹光效应加上声光作用合称为“声光效应”。
本论文旨在加深对声光效应原理的理解，通过实验验证声光效应理论。
并以布喇格衍射为研究主体，通过对声光器件0级和1级衍射光斑的距离和衍射光相对强度的测量，绘制出声光偏转曲线和声光调制曲线,进而对相关物理量进行定性或定量的分析。
关键词：声光衍射；偏转角；超声波功率；衍射效率引言声光效应是指光通过某个受到超声波扰动的介质时发生的衍射现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
声光互作用的研究早在20 世纪的30年代就已开始。
60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。
声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。
利用声光效应制成的声光器件、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的作用。
1 实验原理当晶体中有超声波通过时，会改变晶体的光学性质，使它的折射率随之发生相应的周期性变化，形成随超声波强度变化的分布，整个晶体相当于一个相位光栅。
该光栅间距（光栅常数）等于声波波长，会对入射激光产生衍射作用。
其衍射光的强度、频率、方向等都随超声场的变化而变化，这就是声光效应。
1.1 声光效应的分类①声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。
在各向同性介质中，声-光相互作用不导致入射光的偏振状态发生变化，产生正常声光效应。
在各向异性介质中，声-光相互作用，可能导致入射光的偏振状态发生变化，产生反常声光效应。
本实验只涉及各向同性介质的正常声光效应。
②按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光效应可分为喇曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
区分两种衍射类型的根据为22SLQ λλπ= (1)其中，L 为声光相互作用长度，λ为介质中的光波长，s λ为声波波长。
一般地，当Q ≤0.3时；发生喇曼-纳斯衍射；当Q ≥4π时，发生为布喇格衍射，而在0.3≤Q ≤4π的中间区域，衍射现象比较复杂。
对于液体介质，一般声波长在10-4m 量级，可见光波长在10-7m 量级，声光相互作用的长度约几个厘米，可见其相应的Q ≪0.3，因此液体介质中的声光相互作用为典型的喇曼-纳斯衍射类型。
③若按照超声波的性质分，可以分为体波声光效应和表面波声光效应两类。
这一部分在本文中不做具体论述。
1.2 应变与介质折射率的关系由于应变而引起的介质折射率的变化由下式决定 PS n)1(2∆ (2)该式中，P 为材料的弹光系数；S 表示超声波引起介质产生的应变。
由式(1)，在应力作用下，介质折射率的变化可近似表示为 PS n n 3021-=∆ (3) 0n 为无声波介质时的折射率。
一个纵声波在声光介质中传播，介质只在纵声波传播方向受到压缩或伸长。
设声波的角频率为s ω，波长为s λ，波矢为s k ，则沿x 方向传播的声波方程为)sin(),(x k t A t x a s s -=ω (4) 式中，a 为介质质点的瞬间位移，A 为质点位移的振幅。
可近似认为，超声波所引起的应变正比于介质粒子沿x 方向的位移的变化率)cos(0x k t S S s s -=ω (5) 由式(3)得)cos(212103030x k t PS n PS n n s s --=-=∆ω (6) 因此，介质的折射率为)cos(2103000x k t PS n n n n n s s --=∆+=ω (7) 由式(7)可知，当纵声波在介质传播时，介质折射率随空间位置和时间呈周期性变化，此时介质可视为一运动的声光栅，它以声速移动。
因为声速仅为光速的十万分之一，所以对入射光波来说，运动的声光栅可以认为是静止的，不随时间变化。
1.3 两种声光衍射下图为两种常见的声光衍射类型，同时，本实验将重点放在布喇格衍射上。
1.3.1 喇曼－纳斯衍射产生喇曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射（即垂直于声场传播方向），声光相互作用L 较短时，在光波通过介质的时间内，折射率变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作相对静止的“平面相位栅”。
由于声速比光速小得多，故时光介质可视为一个静止的平面相位光栅。
而且声波波长s λ比光波长λ大得多，当光波平行通过介质时，几乎不通过声波面，因此只受到相位调制，即通过光密（折射率大）的部分的光波波阵面将推迟，而通过光疏（折射率小）部分的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凹凸现象，变成一个折皱曲面。
由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称图1 两种声光衍射的比较Figure 1 Comparison of Two Kinds of Acoustic-optical DiffractionA 喇曼-纳斯衍射B 布喇格衍射(+1级和-1级)分布的多级衍射光，这就是喇曼-纳斯衍射。
根据光栅衍射原理，可知各级衍射波极大的方位角m θ满足条件 sm mi λλθ+=sin sin (8) 式中，i 为入射光波矢k 与超声波波面之间的夹角，m 表示衍射级。
各级衍射光的强度为nL kL n J I mm ∆=∆=∝λπυυ2)(),(2(9)式中m J 是m 阶贝塞尔函数。
由以上分析可以看出，喇曼-纳斯声光衍射的结果，是使光波在声场外分成一组衍射光，它们分别对应于确定的衍射角m θ（即传播方向）和衍射强度，衍射光强由式(8)决定，是一组离散型衍射光。
由于)()(22υυm m J J -=，故各级衍射光对称地分布在0级光两侧，且同级次衍射光的强度相等，如图1 A 所示。
1.3.2 布喇格衍射产生布喇格衍射的条件：声波频率较高，光束与声波波面以一定的角度斜入射，声光作用长度L 较大，即22SLQ λλπ=>4π，光波在介质中要穿过多个声波面，此时介质具有“体光栅”的性质。
布喇格衍射的特点：衍射光各高级次衍射光将相互抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光。
根据图2容易得出，布喇格角B i 满足 ss B k k i λλ2arcsin2arcsin== (10) 式(10)称为布喇格条件，因为布喇格角一般都很小，故衍射光相对于入射光的偏转角Φ为图2 布喇格角Figure 2 Bragg angles ss B f V i 02λλλ===Φ (11) 式中，s V 为超声波波速，s f 为超声波频率，其它量的意义同前。
在布喇格衍射下，一级衍射光的衍射效率为]2[sin 202HLP M Sλπη= (12) 式中，P s 为超声波功率，L 和H 为超声换能器的长和宽，M 2为反映声光介质本身性质的一个常数，称为声光优值，定义方式为3262sV P n M ρ=，ρ为介质密度，P 为光弹系数。
通过一维声光效应耦合波方程式可以证明，只有相邻两级次的光才能直接耦合，入射0级光是不能直接与2级和2级以上的衍射光直接耦合的，因此布喇格衍射在理想情况下只会得到一个衍射光或者是+1级衍射光或者是-1级衍射光。
2 实验仪器及装置一套完整的SO2000声光效应实验仪配有：已安装在转角平台上的100MHz 声光器件、半导体激光器、100MHz 功率信号源、LM601CCD 光强分布测量仪及光具座。
本实验利用示波器采集信号，所以在终端会连入示波器来观察衍射现象，这样就构成了示波器型SO2000。
声光器件由声光介质、压电换能器和吸声材料组成。
本实验采用的声光器件中的声光介质为钼酸铅，在该介质中声速理论值V s =3632m/s ，介质折射率n =2.368。
2.1 实验装置图SO2000声光效应实验仪可完成基本声光效应实验和在此基础上的声光模拟通信实验。
安装、连线介绍如下。
图 3 声光效应实验安装图Figure 3 Acoustic-optical Effect Experiment Installation2.2 实验中需用到的电线或电缆光强分布测量仪到示波器：同型号2根，每根均为双Q9插头。
这两根线中，一根连接光强分布测量仪的“信号”和示波器的测量输入通道，另一根连接光强分布测量仪的“同步”和示波器的外触发同步通道。
功率信号源到转角平台上的声光器件：1根。
其一头为Q9插头，连接声光器件，一头为莲花插头，连接功率信号源的“声光”插座，此时，功率信号源要打在“等幅”上。
3 实验数据记录及处理1.在布喇格衍射下，测量声光偏转量，计算超声波声速。
由式(11)得：超声波波速Φ=sO S f V λ，本实验采用的光源为O λ=650nm 的半导体激光器，其中s f 为超声波频率。
由于偏转角Φ比较小，则ΦL LL∆∆=(为0级光与1级光的偏转距离，L 为声光介质的光出射面到CCD 线阵光敏面的距离)。
数据记录及处理：Y信号 同步声光功率信号源X激光器转角平台 光强分布测量仪 声光功率信号源 示波器偏振减光器频率计表1 声光偏转距离记录表Table 1 Acousto-optic Deflection Distance Note List次数 0级光与1级光的偏转距离(m μ) L(mm) φ f s (MHz) V s (m/s) 1 5205 375.5 0.0139 87.60 4107.78 2 6245 375.5 0.0166 92.26 3605.82 3 6736 375.5 0.0179 94.92 3439.37 4 7122 375.5 0.0190 98.47 3374.62 5 7502 375.5 0.0200 101.44 3300.32 68114375.50.0216107.923246.31计算得到声速平均值s V =3512.37m/s 相对误差E =ss s V V V -=3632−3512.373632×100%≈3.29%图4 入射光的偏转角与超声波频率的关系曲线Figure 4 The Curves of Deflection Angle of Incident Light and The Ultrasonic Frequency对原始数据点采用线性拟合，得到的拟合直线的表达式为086.504.2588+Φ=s f ，并求出相关系数r=0.9798。
2.在布喇格衍射下，固定超声波频率，测量衍射光相对于0级光的相对强度与超声波的频率，作出其I d -f s 关系曲线图，并确定声光器件的中心频率及带宽。