大学物理实验之声光效应

声光效应电子教案

一、实验目的

①了解声光效应原理

②了解布拉格衍射现象的实验条件和特点

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、实验原理简述

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。主要用途有：制作声光调制器件，制作声光偏转器件，声光调Q开关，可调谐滤光器，在光信号处理和集成光通讯方面的应用。

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。

三、实验仪器的结构或原理简图及仪器简介

主要实验仪器如图1所示：有半导体激光器、声光器件及转角平台（图2）、超声波功率信号源、频率计、光强仪、示波器、光具座、支架、导线等附件。各仪器原理、具体型号及参数见声光效应实验讲义。

图1 声光效应主要实验仪器

图2 转角平台和声光器件

四、实验测试要求（实验内容）

①按照实验讲义完成实验仪器的连接。

②打开激光器、光强仪、示波器，调节光路，直至在示波器上显示一稳定完整的单峰波形。

③接着打开功率信号源，微调转角平台，直至示波器上显示出布拉格衍射的零、一级衍射图像即一个良好的双峰波形（如图3）。

④最后测量声光偏转和声光调制曲线；

⑤为了获得理想波形，有时需要反复调节激光器、转角平台、光强仪等。

图3 布拉格衍射的0级1级光

五、注意事项

在严格执行实验步骤的条件下，注意以下几点：

①尽量避免地面、桌面、光具座等的震动；

②记录数据的过程中，所有数据必须是在相同y轴倍率下测得；

③无饱和失真现象；无小毛刺；

④衍射波形不稳定时要等波形较稳定后再读数；

⑤背景光、电压也会对实验现象造成一定影响，应尽量避免。