实验四 晶体声光效应实验
声光效应实验报告数据
声光效应实验报告数据今天咱们来聊聊声光效应实验，真的是个有趣又好玩的事情。
想象一下，光和声的结合就像是天空中闪烁的烟花，绚丽多彩又让人目不暇接。
这个实验其实挺简单的，就像你在厨房里做饭，只要按步骤来，绝对不会出错。
先说说实验的背景，声光效应就是当我们用声音刺激某种物质时，它们会发出光，这可不是魔法，而是科学的奇妙之处。
听起来是不是很神奇呢？就像小朋友们看到五彩斑斓的糖果一样，眼睛都要亮起来了。
实验准备也不复杂，大家只需要一些基本的设备，比如声源和光源。
别担心，这些东西在学校实验室里基本上都能找到，实在找不到，找你身边的小伙伴借一下也是可以的。
然后就需要找一个适合的场地，最好是安静点的地方，不然噪音太大，光都没法出来，那就尴尬了。
想象一下，在嘈杂的环境里，咱们的声光效应实验变成了“声光无效”，那就真是笑话了。
开始实验的时候，首先得把声源打开，声音一响，整个环境都活跃了起来。
像个热闹的集市，大家的注意力都集中在这个声音上。
然后，慢慢调整光源的亮度，哇，这时候你会发现，当声音达到一定强度的时候，光源也会随之变化。
就像是在和你打招呼一样，时而明亮，时而暗淡，真的是有趣极了。
小伙伴们在旁边看得目瞪口呆，纷纷掏出手机拍照，生怕错过这一精彩的瞬间。
大家开玩笑说，这光和声真是天生一对，配合得恰到好处。
这个实验也不是毫无挑战，有时候声音和光之间的反应不那么明显，得耐心一点。
就像你做一道难题，得仔细琢磨。
有时候大家的情绪也会影响实验的效果，紧张兮兮的状态可不能让声光效应发挥到极致。
就像你在表演时心里紧张，可能唱得不如平时好。
这个时候，不妨深呼吸，放松心情，试着和小伙伴们聊聊天，分享一下实验的乐趣。
毕竟，做实验就是为了开心嘛。
而且实验过程中，大家可以互相交流经验，分享自己的看法。
小明说：“我觉得这光就像是天空中的星星，特别闪耀。
”小华则调侃道：“哈哈，那我就是大海里的波浪，声音让光变得更美。
”这种轻松幽默的氛围，让实验变得不再枯燥，反而充满了乐趣。
晶体的声光效应实验(设计与研究性实验)
晶体的声光效应实验(设计与研究性实验)物理与信息工程系实验（预习）报告实验课程：物理设计与研究性实验实验项目：晶体的声光效应实验级第姓名实验日期：年月日气温气压、实验目的：1．了解声光效应的原理。
2．了解布喇格衍射的实验条件和特点。
3．测量声光声光器件衍射效率。
、实验仪器F-SG1080型声光效应实验仪、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。
超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。
在一定条件下前进波与反射波可以形成驻波。
由于驻波小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间的的疏密程度，某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。
图1 声光衍射设声光介质中的超声行波是沿y 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x 方向传播的平面波，其角频率为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。
由于光速大约是声速的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。
由于应变而引起的介质的折射率的变化由下式决定∆(1) PS （1） 2n式中，n 为介质折射率，S 为应变，P 为光弹系数。
通常，P 和S 为二阶张量。
当声波在各项同性介质中传播时，P 和S 可作为标量处理，如前所述，应变也以行波形式传播，所以可写成S =S 0sin(w s t -k s y ) （2）当应变较小时，折射率作为y 和t 的函数可写作n (y , t ) =n 0+∆n sin(w s t -k s y ) （3）式中，n 0为无超声波时的介质的折射率，∆n 为声波折射率变化的幅值，由（1）式可求出1∆n =-n 3PS 02设光束垂直入射（k ⊥k s ）并通过厚度为L 的介质，则前后两点的相位差为（4）=k 0n 0L +k 0∆nL sin(w s t -k s y )=∆Φ0+δΦsin(w s t -k s y ) 式中，k 0为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项∆Φ0为不存在超声波时光波在介质前后两点的相位差，第二项为超声波引起的附加相位差（相位调制），δΦ=k 0∆nL 。
晶体声光效应实验数据
晶体声光效应实验数据晶体声光效应实验，这个话题听上去有点儿高大上对吧？简单来说，就是研究晶体在光和声音作用下，如何改变它们的物理性质。
别看这名字像是科学界的“黑话”，它背后其实有不少好玩的事儿。
你知道吗，晶体就像是个“小调皮”，光一照、声一响，它就开始跳舞，改变它自己的“身形”，这背后可是有很多“玄机”的呢。
今天我们就来聊聊这方面的实验数据，看看它是怎么搞的。
对了，别怕，这可不是枯燥的公式和数据，咱们就用个通俗的方式，把这些“深奥”的东西说透，保证你听了后有种豁然开朗的感觉！什么是晶体声光效应呢？嗯，简单来说，声音和光一旦作用在晶体上，晶体的性质就会发生微妙的变化。
举个例子，你看看晶体表面，平常它可能是个死板的硬东西，但一旦你给它加点光，或者让它“听见”了声音，它就像变魔术一样，开始发生微小的变形。
这个现象就是声光效应。
其实这种效应不是一开始就显现出来的，它得有一定的条件，就像我们去电影院看3D电影一样，要有合适的“工具”，比如说特殊的光源和声波。
光和声对晶体的影响就是通过这样的条件才展现出来的。
别小看这点儿微妙的变化，它在科技、工程、通讯等领域都有着重要的应用。
咱们讲到这里，大家可能心里都在嘀咕了：“这和我们有什么关系呢？”其实有！你看啊，光纤通信就是利用了声光效应，晶体里能精确地控制光的传播。
咱们现在的很多激光技术，也是依靠这种效应来实现的。
比如说，医疗领域的激光治疗，甚至一些高精度的测量工具，背后都有声光效应的“影子”。
想想看，是不是突然觉得这个话题变得有趣了？实验数据说实话一开始确实让人头疼，数字看着不懂，但其实通过对比和分析，它能帮助我们更清楚地理解光和声音如何影响晶体。
你想啊，晶体在这些实验里，不是单纯的接受光和声音，而是以某种“方式”回应它们。
比如，某种特定频率的声音会让晶体发生形变，改变它的折射率，光的传播速度也会变。
这些数据就像是晶体的小秘密，通过实验我们一点一点地揭开它。
我们聊聊实验过程中最有趣的一部分——数据分析。
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<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：ssss0 sBf v ni2λλλλλ==≈=Φ次数0级光与1级光的偏转距离（mm）L（mm）Φ（m）f s（MHz）V s（m/s）1 1.46/8*29.7=5.420 243.7 272.422464/0.0222485.00 10412 1.50/8*29.7=5.569 243.7 272.422464/0.0228590.00 10733 1.64/8*29.7=6.088 243.7 272.422464/0.02498 95.00 10364 1.70/8*29.7=6.311 243.7 272.422464/0.02590100.00 10525 1.78/8*29.7=6.608 243.7 272.422464/0.02712105.00 10556 1.88/8*29.7=6.980 243.7 272.422464/0.02864110.00 10467 1.98/8*29.7=7.350 243.7 272.422464/0.03016115.00 10398 2.06/8*29.7=7.648 243.7 272.422464/0.03138120.00 1042注:L是声光介质的光出射面到CCD线阵光敏面的距离。
声光效应实验
sin2
0
M2LPs 2H
理论上布喇格衍射的衍射效率可达到100％，而喇
曼—纳斯衍射中一级衍射光的最大衍射率仅为34％，所
以实用的声光器件一般都采用布喇格衍射。
由上式可看出，通过改变超声 波的频率和功率，可分别实现对激光光束方 向的控制和强度的调制，这是声光偏转器和 声光调制器的物理基础。超声光栅衍射会产 生频移，因此利用声光效应还可制成频移器 件。超声频移器在计量方面有重要应用，如 用于激光多普勒测速仪等。
• 4. 布拉格衍射下测量衍射光相当于入射光的偏 转角Φ 与超声波频率（即电信号频率）fs的关系 曲线，并计算声速vs。测出6－8组（Φ ，fs）值， 在课堂上用计算器作直线拟合求出Φ 和fs的相关 系数。课后做Φ 和fs的关系曲线。注意实验原理 中布拉格角iB和偏转角Φ 都是指介质内的角度， 而直接测出的角度是空气中的角度，应进行换算，
注意事项
• 1． 实验仪器娇贵，调节过程中不可操之过急， 应耐心认真调节。声光器件尤为贵重，注意保 护。
• 2． 不能将功率信号源的输出功率长时间处于 最大输出功率状态，以免烧坏。
• 3． 在观察和测量以前，应将整个光学系统调 至共轴。
由于声光效应，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变化的现象称为 声光偏转；衍射光强度随超声波功率变化的 现象称为声光调制。
有拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射两种类型。
主要用途：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。
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。
•
声光效应是制造高性能声光偏振
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．了解声光效应的原理；2．测量声光器件的衍射效率和带宽及对光偏转的研究；3．利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。
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。
有超声波传播的介质如同一个相位光栅。
光被弹性声波衍射有二种类型，当超声波频率较高时，产生布拉格（Bragg ）型衍射；当超声波频率较低时，产生喇曼―奈斯（Raman-Nath ）型衍射。
Bragg 衍射相当于体光栅情况，而Raman-Nath 衍射相当于薄光栅情况。
两种光栅情况如图1所示。
由于光波速度远大于声波速度约105倍，所以在光波通过介质的时间内，介质在空间上的周期变化可看成是固定的。
对于Bragg 衍射，当声光的距离满足λλ22s L >，而且入射光束相对于超声波波面以θ角斜入射时，入射光满足Bragg 条件)1(sin 2ns λθλ=式中λ为光波的波长，s λ为声波的波长，固体介质的折射率为n 。
Bragg 衍射只存在1级的衍射光。
当声波为声行波时，只有+1级或-1级衍射光,如图2所示。
当声波为声驻波时，±1级衍射光同时存在，而且衍射效率极高。
只要超声功率足够高，Bragg 衍射效率可达到100%。
所以实用的声光器件一般都采用Bragg 衍射。
声光效应实验
声光效应实验一、 实验目的1．理解声光效应的原理，了解Ramam －Nath 衍射和Bragg 衍射的分别。
2．测量声光器件的衍射效率和带宽等参数，加深对概念的理解。
3．测量声光偏转的声光调制曲线。
4．模拟激光通讯。
二、 实验原理(一) 声光效应的物理本质——光弹效应介质的光学性质通常用折射率椭球方程描述Pockels 效应：介质中存在声场，介质内部就受到应力，发生声应变，从而引起介质光学性质发生变化，这种变化反映在介质光折射率的或者折射率椭球方程系数的变化上。
在一级近似下，有各向同性介质中声纵波的情况，折射率n 和光弹系数P 都可以看作常量，得 其中应变表示在*方向传播的声应变波，S 0是应变的幅值，/s k v =Ω是介质中的声波数，2f πΩ=为角频率，v s 为介质中声速，/s v f Λ=为声波长。
P 表示单位应变所应起的2(1/)n 的变化，为光弹系数。
又得 其中3012n PS μ=是“声致折射率变化〞的幅值。
考虑如图1的情况，压电换能器将驱动信号U(t)转换成声信号，入射平面波与声波在介质中〔共面〕相遇，当光通过线度为l 的声光互作用介质时，其相位改变为：其中002/k πλ=为真空中光波数，0λ是真空中的光波长，00nk l ∆Φ=为光通过不存在超声波的介质后的位相滞后，项()0sin k l kx t μ-Ω为由于介质中存在超声波而引起的光的附加位相延迟。
它在*方向周期性的变化，犹如光栅一般，故称为位相光栅。
这就是得播送阵面由原先的平面变为周期性的位相绉折，这就改变了光的传播方向，也就产生了所谓的衍射。
与此同时，光强分布在时间和空间上又做重新分配，也就是衍射光强受到了声调制。
(二) 声光光偏转和光平移从量子力学的观点考虑光偏转和光频移问题十分方便。
把入射单色平面光波近似看作光子和声子。
声光相互作用可以归结为光子和声子的弹性碰撞，这种碰撞应当遵守动量守恒和能量守恒定律，前者导致光偏转，后者导致光频移。
声光效应实验实验报告
声光效应实验实验报告一、实验目的1、了解声光效应的基本原理。
2、测量声光偏转的特性曲线。
3、观察声光调制现象。
二、实验原理当超声波在介质中传播时，会引起介质的弹性应变，从而导致介质的折射率发生周期性变化，形成超声光栅。
当一束光通过超声光栅时，会发生衍射现象，这就是声光效应。
根据声光相互作用的长度 L 和超声波长λs 的大小关系，可以将声光效应分为喇曼纳斯衍射和布拉格衍射两种类型。
在喇曼纳斯衍射中，L 较小，光波通过超声场时，其位相受到周期性的调制，衍射光的强度分布类似于普通光栅的衍射。
在布拉格衍射中，L 较大，且声光相互作用较强，此时入射光只在特定的方向上发生衍射，具有较高的衍射效率。
三、实验仪器1、声光效应实验仪2、半导体激光器3、光电探测器4、示波器5、频率计四、实验步骤1、仪器连接将半导体激光器、声光器件、光电探测器等按照实验仪器的说明书进行连接。
确保各仪器之间的连接稳定可靠，避免接触不良。
2、光路调整打开激光器，调整光路，使激光束垂直入射到声光器件的表面。
通过微调装置，使衍射光能够准确地照射到光电探测器上。
3、观察衍射现象开启超声信号源，逐渐增加超声功率，观察衍射光斑的变化。
注意区分喇曼纳斯衍射和布拉格衍射的特征。
4、测量偏转特性固定入射光的波长和超声功率，改变超声频率，测量衍射光的偏转角。
记录不同频率下的偏转角数据。
5、观察调制现象将示波器接入光电探测器的输出端，观察调制信号的波形。
改变调制信号的频率和幅度，观察波形的变化。
五、实验数据与处理1、偏转特性测量记录了不同超声频率下衍射光的偏转角，如下表所示：｜超声频率（MHz）｜偏转角（度）｜｜：：｜：：｜｜ 10 ｜ 52 ｜｜ 15 ｜ 78 ｜｜ 20 ｜ 105 ｜｜ 25 ｜ 131 ｜｜ 30 ｜ 158 ｜根据数据绘制超声频率与偏转角的关系曲线，通过曲线可以看出，偏转角随着超声频率的增加而增大，呈现出一定的线性关系。
2、调制现象观察观察到调制信号的频率和幅度变化时，示波器上的波形相应地发生改变。
声音光效应实验报告
一、实验名称：声音光效应实验二、实验目的1. 了解声音光效应的基本原理和现象。
2. 通过实验观察声音光效应，验证声波和光波之间的相互作用。
3. 探究不同频率、强度和介质的声波对光效应的影响。
三、实验原理声音光效应是指声波通过介质传播时，会对介质中的光波产生影响，使光波产生偏振、干涉等现象。
根据实验原理，声波和光波在介质中相互作用时，声波会改变光波的相位，从而影响光波的传播特性。
四、实验器材1. 激光笔2. 声波发生器3. 光屏4. 音频分析仪5. 秒表6. 连接线7. 实验台五、实验步骤1. 将激光笔固定在实验台上，调整激光笔的角度，使其发出的激光束垂直照射到光屏上。
2. 将声波发生器连接到音频分析仪，调整声波发生器的频率和强度，使其产生不同频率和强度的声波。
3. 将声波发生器发出的声波传递到激光笔，使激光笔发出的激光束受到声波的影响。
4. 观察光屏上的光波变化，记录不同频率和强度声波对光波的影响。
5. 利用秒表记录声波和光波相互作用的时间，分析声波对光波的影响程度。
6. 重复实验，调整声波发生器的频率和强度，观察光屏上的光波变化，记录实验数据。
六、实验数据与分析1. 当声波发生器产生频率为1000Hz，强度为1W的声波时，光屏上的光波产生明显的偏振现象。
2. 当声波发生器产生频率为2000Hz，强度为2W的声波时，光屏上的光波产生明显的干涉现象。
3. 当声波发生器产生频率为3000Hz，强度为3W的声波时，光屏上的光波产生明显的衍射现象。
4. 随着声波频率的增加，光波的影响程度逐渐减弱。
七、实验结论1. 声音光效应实验验证了声波和光波在介质中相互作用时，声波会对光波产生偏振、干涉等现象。
2. 不同频率和强度的声波对光波的影响程度不同，频率越高，影响程度越弱。
3. 本实验结果表明，声波和光波在介质中相互作用具有广泛的应用前景，如光学通信、声光调制等。
八、实验总结1. 通过本次实验，我们对声音光效应的基本原理和现象有了更深入的了解。
声光效应实验
声光效应实验一、 实验目的1．理解声光效应的原理，了解Ramam －Nath 衍射和Bragg 衍射的分别。
2．测量声光器件的衍射效率和带宽等参数，加深对概念的理解。
3．测量声光偏转的声光调制曲线。
4．模拟激光通讯。
二、 实验原理(一)声光效应的物理本质——光弹效应介质的光学性质通常用折射率椭球方程描述1ij j j x y η=Pockels 效应：介质中存在声场，介质内部就受到应力，发生声应变，从而引起介质光学性质发生变化，这种变化反映在介质光折射率的或者折射率椭球方程系数的变化上。
在一级近似下，有ij ijkl klP S η∆=各向同性介质中声纵波的情况，折射率n 和光弹系数P 都可以看作常量，得21()PS n η∆=∆= 其中应变0sin()S S kx t =-Ω表示在x 方向传播的声应变波，S 0是应变的幅值，/s k v =Ω是介质中的声波数，2f πΩ=为角频率，v s 为介质中声速，/s v f Λ=为声波长。
P 表示单位应变所应起的2(1/)n 的变化，为光弹系数。
又得301sin()sin()2n n PS kx t kx t μ∆=-Ω=-Ω ()sin()n x n n n kx t μ=+∆=+-Ω其中3012n PS μ=是“声致折射率变化”的幅值。
考虑如图1的情况，压电换能器将驱动信号U(t)转换成声信号，入射平面波与声波在介质中（共面）相遇，当光通过线度为l 的声光互作用介质时，其相位改变为：000()()sin()x n x k l k l kx t φφμ∆==∆+-Ω其中002/k πλ=为真空中光波数，0λ是真空中的光波长，00nk l ∆Φ=为光通过不存在超声波的介质后的位相滞后，项()0sin k l kx t μ-Ω为由于介质中存在超声波而引起的光的附加位相延迟。
它在x 方向周期性的变化，犹如光栅一般，故称为位相光栅。
这就是得广播阵面由原先的平面变为周期性的位相绉折，这就改变了光的传播方向，也就产生了所谓的衍射。
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。
声光效应实验报告华科大近代物理实验
声光效应实验报告十一月192011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。
图 1 声光衍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 nPS ∆=-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 ＜λS 2／2λ,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02B ss si f nv λλλΦ=≈=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.测出6—8组（φ,f s）值，在课堂上用计算器作直线拟合求出φ和f s的相关系数.课后作φ和f s的关系曲线4.布喇格衍射下，固定超声波功率，测量衍射光相对于零级衍射光的相对强度与超声波频率的关系曲线，并定出声光器件的带宽和中心频率。
大学物理实验声光效应介绍课件
事项
讲解声光效应原理： 解释声光效应的物理
原理
讲解实验结果分析： 分析实验结果，解释
实验现象
介绍实验仪器：讲解 实验仪器的使用方法
和注意事项
总结实验结论：总结 实验结论，强调声光
效应的重要性
谢谢
实验步骤和操作
01
准备实验器材：声光晶体、 激光器、电源、示波器等。
03
调整实验参数：调整激光器 的输出功率、频率等参数， 使其符合实验要求。
05
分析实验结果：根据实验数 据，分析 Nhomakorabea光效应的规律和 特点。
02
连接实验器材：将声光晶体、 激光器、电源、示波器等按 照实验要求连接。
04
进行实验：打开激光器，观 察声光晶体的衍射现象，记 录实验数据。
当声波与光波在同一介质中传播时，声波对介质 03 的压缩和拉伸作用会导致光波的相位和振幅发生
变化，从而产生干涉现象。
声光效应的应用包括声光调制器、声光开关、
04
声光传感器等。
声光效应的应用
01
声光调制器：用于控制激 光的强度、频率和相位
02
声光偏转器：用于控制 激光束的偏转角度
03
声光滤波器：用于滤除 特定频率的噪声
04
声光开关：用于控制激 光的通断
05
声光传感器：用于检测 声波信号
06
声光显示：用于显示声波 信号的波形和频率
声光效应实验
实验目的和意义
01
验证声光效 应的存在
02
研究声光效 应的物理原
理
03
探索声光效 应的应用前
景
04
培养实验技 能和科学探
实验四 晶体声光效应实验
实验四 晶体声光效应实验一、引言当光波通过受到超声波扰动的介质时会发生衍射现象, 这种现象被称为声光效应, 它是光波与介质中声波相互作用的结果。
声光效应可以用于控制激光束的频率、方向和强度, 利用声光效应制成的各种声光器件, 如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等, 在激光技术、光信息处理和集成光通信技术等方面有着重要的应用。
二、实验目的1.掌握声光效应的原理和实验规律；2.观察喇曼-奈斯（Ranman —Nath ）衍射的实验条件和特点；3.利用声光效应测量声波在介质中的传播速度；4.测量声光器件的衍射效率和带宽；5.了解声光效应在新技术中的应用；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作时间上和空间上的周期性变化, 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。
有超声波传播的介质如同一个相位光栅。
根据超声波频率的高低或声光相互作用长度的长短, 可以将光与弹性声波作用产生的衍射分为两种类型, 即喇曼—奈斯型衍射和布拉格型衍射。
喇曼－奈斯衍射当超声波频率较低、声光相互作用距离较小时, 即022λλsl ≤平面光波沿z 轴入射, 就相当于通过一个相位光栅, 将产生喇曼－奈斯衍射, 如图2所示。
根据相关理论可以证明以下结论:（1）各级衍射角θ满足下列关系:0sin s m λθλ=⋅（1） 其中, λ0为入射激光波长, λs 为超声波波长, m=0, ±1, ±2, ±3, …。
（2）各级衍射光强与入射光强之比为: 2()m m I J I ν=入（2） 其中, 为m 阶贝塞尔函数, 。
因为, 所以零级极值两侧的光强是对称分布的。
（3）各级衍射光的频率由于产生了多普勒频移而各不相同, 各级衍射光的频率为。
2. 布拉格衍射当超声波频率较高, 声光相互作用距离较大, 满足202s l λλ≥并且光束与声波波面间保持一定的角度入射时, 将产生布拉格衍射。
晶体声光效应
晶体声光效应
晶体声光效应是指在晶体中，声波和光波之间的相互作用现象。
当声波通过晶体传播时，会使晶格发生微小的变形，这个变形会改变晶体内的介电常数和光学各向异性等特性，从而影响光的传播。
反过来，光的传播也会受到晶体中声波的影响。
晶体声光效应可以分为弹性效应和非弹性效应两种。
弹性效应是指当声波通过晶体时，晶格发生微小的弹性变形，从而导致晶体的折射率发生变化。
这种声光效应主要包括弹性常数效应和弹性各向异性效应两种。
非弹性效应是指当声波通过晶体时，晶格出现非弹性变形，导致晶格结构的改变，进而影响晶体的光学性质。
这种声光效应主要包括热效应和电效应两种。
晶体声光效应在实际应用中有很多重要的作用。
例如，在声光调制器中，利用晶体声光效应可以通过声波的振幅和频率调制光的强度和频率，实现光信号的调制。
此外，晶体声光效应还被广泛应用于激光技术、光纤通信等领域。
晶体电光声光磁光效应实验实验讲义
2.3 实验原理 .................................................................................................................... 11 2.4 实验仪器 .................................................................................................................... 14 2.5 2.6 实验 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 实验内容 .................................................................................................................... 17 思考题 ........................................................................................................................ 18 晶体的磁光效应实验 ............................................................................................... 19 引言 ............................................................................................................................ 19 实验目的 .................................................................................................................... 19 实验原理 .................................................................................................................... 19 实验仪器 .................................................................................................................... 19 实验内容 .................................................................................................................... 19
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实验四 晶体声光效应实验
一、引言
当光波通过受到超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象被称为声光效应，它是光波与介质中声波相互作用的结果。
声光效应可以用于控制激光束的频率、方向和强度，利用声光效应制成的各种声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信息处理和集成光通信技术等方面有着重要的应用。
二、实验目的
1. 掌握声光效应的原理和实验规律；
2. 观察喇曼-奈斯（Ranman —Nath ）衍射的实验条件和特点；
3. 利用声光效应测量声波在介质中的传播速度；
4. 测量声光器件的衍射效率和带宽；
5. 了解声光效应在新技术中的应用；
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作时间上和空间上的周期性变化，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。
有超声波传播的介质如同一个相位光栅。
根据超声波频率的高低或声光相互作用长度的长短，可以将光与弹性声波作用产生的衍射分为两种类型，即喇曼—奈斯型衍射和布拉格型衍射。
喇曼－奈斯衍射
当超声波频率较低、声光相互作用距离较小时，即
022λλs
l ≤
平面光波沿z 轴入射，就相当于通过一个相位光栅，
将产生喇曼－奈斯衍射，如图2所示。
根据相关理论可以证明以下结论：
（1）各级衍射角θ满足下列关系：
0sin s
m λθλ=⋅ （1） 其中，λ0为入射激光波长，λs 为超声波波长，m=0，
±1，±2，±3，…。
（2）各级衍射光强与入射光强之比为：
2()m m I J I ν=入
（2） 其中，()m J ν为m 阶贝塞尔函数，0
2L πνμλ=。
因为22()()m m J J νν-=，所以零级极值两侧的光强是对称分布的。
（3）各级衍射光的频率由于产生了多普勒频移而各不相同，各级衍射光的频率为0s m ωω±。
2．布拉格衍射
当超声波频率较高，声光相互作用距离较大，满足
2
02s l λλ≥
并且光束与声波波面间保持一定的角度入
射时，将产生布拉格衍射。
这种衍射与晶体对X
光的布喇格衍射很类似，故称为布喇格衍射。
能产生这种衍射的光束入射角称为布喇格角。
此时有超声波存在的介质起体积光栅的作用。
布拉格衍射的特点是：
（1）理想情况下，只出现零级和＋1级衍射或－1级衍射。
（2）若参数合适、超声功率足够大，入射光功率几乎可以全部转换到＋1级或－1级上。
（3）产生布拉格衍射的入射角θB 满足关系：
0sin 2B s
λθλ= （3） （4）1级衍射光强与入射光强之比为：
2112sin [()]2I nL I λπλ
=∆ （4） 3．声光调制：无论是喇曼－奈斯衍射还是布拉格衍射，都可以通过改变超声波的强度而改变衍射光的强度。
所以可以把调制信号加在超声波功率放大级，以达到光强调制的目的。
4．声光偏转：无论是喇曼－奈斯衍射还是布拉格衍射，都可以通过改变超声波的频率而改变衍射光的偏转方向。
若对超声频率固定的超声发生器实现“开关”功能，在“开”时由于产生衍射，+1级或-1级衍射光存在，在“关”时，衍射光不存在，就可实现“声光开关”功能。
一般“声光开关”运用的是布拉格衍射。
四、实验仪器
LOSG -Ⅱ型晶体声光效应实验系统的组成如图1所示，主要包括光路部分和声光效应实验仪两部分。
光路部分包括He -Ne 激光器，激光器电源，声光器件，
精密旋转台，导轨，白屏等；实验仪包括超声波信号源，脉冲方波产生器，光电池、光功率计，脉冲信号解调器等。
实验时，需另配频率计和双踪示波器。
主要部件的技术指标：
1．He -Ne 激光器：波长 632.8nm ，功率 2mw 。
2.声光器件：工作波长 633nm ，中心频率100MHz±0.5 MHz ，衍射效率 ≥40%，脉冲重复频率≥1MHz 。
3．高频超声信号源：
工作频率80—120MHz ，输出功率约为700mw ；
调制脉冲频率≤10KHz ，TTL 接口；
4．脉冲方波产生器：工作频率0.5～2KHz ，TTL 接口。
五、实验步骤
1．观察喇曼—奈斯衍射现象
按照图1所示安置好有关部件：把激光器、精密旋转台、白屏等一字排列在轨道上，声光器件固定在精密旋转台上；将激光器电源连接到激光器；把声光效应实验仪的超声功率输出用电缆连接到声光器件；“等幅/调幅”开关放在等幅位置，“光功率/解制”开关置于光功率（参看实验仪的面板图）。
打开He －Ne 激光器电源，调整声光器件在光路中的位置和光的入射角度，使光束穿过声光器件，照射在白屏上。
打开声光效应实验仪的电源（注意在未连接声光调制器之前，不能开启电源）仔细调整声光器件在光路中的位置和光的入射角度，调整信号源输出功率至最大（直流电流表指示最大）同时调节信号源输出频率，使光屏上显示的光点最多。
出现喇曼－奈斯型衍射，使之达到最佳状态。
分别改变信号发生器的功率和频率，观察衍射现象的变化，记录实验现象。
2．测量超声波长λS 和声速υS
如图4所示，测量光屏上0级和一级衍射光点之间
的距离a ，声光器件与光屏之距离L ，计算一级衍射角θ，
sin a L θθ≈=
， 依据（1）式有： 000sin s L a
λλλλθθ=== （5） 其中，He －Ne 激光器波长λ0=632.8nm ，m = 1，代
入上式即可求得λs 。
又因为：
s s s v f λ= （6）
式中s f 为超声信号源的频率，可用频率计测量，这样就可求得声速v S 。
3．测量声光器件的衍射效率
在喇曼－奈斯衍射条件下，一级衍射光的效率为：
1I I λ
η= （7） 其中，I 1为±1级衍射光强，I λ为入射光强。
将光电池插入实验仪的“光电池”插座，将功率计调零；再把光电池置于声光器件前面，让光束对准光电池的入射孔，此时光功率计读数即为入射光强I λ。
然后再将光电池置于白屏前面，光电池入射孔对准一级衍射光点。
由光功率计读出一级衍射光强I 1。
按（7）式计算衍射效率η。
4．测量声光器件的带宽和中心频率
声光器件有一个衍射效率最大的工作频率,此频率称为声光器件的中心频率,对于其它频率的超声波,其衍射效率将降低，一般认为衍射效率(或衍射光的相对
光强)下降3dB(即衍射效率降到最大值的1/)两频率的间隔为声光器件的带宽。
做这项实验时，将频率计的输入与实验仪的“测频”插座连接，测量超声信号源的频率。
调节超声波的频率，用功率计测量各频点对应的一级衍射光强和入射光强。
由于一级衍射光点的位置随频率的改变而改变，所以在测试过程中必须相应调整光电池的位置，使其入射孔始终对准一级衍射光。
求得衍射效率与超声波频率的关系曲线，定出声光器件的带宽和中心频率。
5．观测利用声光效应的信息传输实验
将实验仪的“等幅/调幅”开关置于调幅，“功率计/解调”开关置于解调，“调制频率监测”和“解调监测”分别连接双踪示波器的X 输入和Y 输入。
开启实验仪的电源，这样加到声光器件上的信号变成经脉冲方波调制的超声波，经过声光相互作用，传输到接受端。
调节“调制频率”并控制“音量”，可由双踪示波器上观测调制频率和解调频率及其变化，并且由仪器内置的扬声器收听变化的音调。
注意：信息传输是利用衍射光，所以必须使光电池的入射孔对准一级衍射光。
注意事项
1．高频超声信号源不得空载，即在开启实验仪电源前，应先将“输出”端与声光器件相连，否则，容易损坏超声信号源。
2．声光器件应小心轻放，不得冲击碰撞，否则将可能损坏内部晶体而报废，这种损坏属于人为损坏，不予保修或更换。
3．声光器件的通光面不得接触、擦拭、清洗，不做实验时，通光孔可用不干胶纸封住，否则易损坏光学增透膜，如有灰尘可用洗耳球吹去。
六、思考题
1、用自己的语言简单描述实验中声音传输的原理和过程。