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。
近代物理实验之声光效应
声光效应年级专业 中山大学 08光信息科学与技术 实验者 曾令宇08323045 合作者 冯劼 08323034 日期 2010.10.26/2010.11.2【实验目的】1理解声光效应的原理，了解Raman-Nath 衍射和Bragg 衍射的分别。
2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。
3测量声光偏转和声光调制曲线。
4模拟激光通讯实验。
【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ηij x i x j =1Pockels 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∆ηij =P ijkl S kl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∆=∆=， 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。
考虑如图一的情况，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：0sin()k l kx t μ-Ω （二）声光光偏转和光平移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。
声音光效应实验要注意什么
声音光效应实验要注意什么声音光效应实验是一种研究声音和光之间相互影响的实验。
在进行实验前，需要注意以下几个方面：1. 实验环境：实验需在安静、没有杂音的环境中进行。
为了避免外界声音的干扰，可以选择在实验室或专门的声音隔音房内进行实验。
同时，实验室内的光照也需要控制在一定的范围内，以确保实验结果的准确性。
2. 实验材料：为了进行声音光效应实验，需要准备好适当的实验材料。
包括声源和光源。
声源可以选择合适的扬声器或音响设备，能够产生稳定可靠的声音。
光源可以选择适合实验需求的照明灯具或特殊的光源。
3. 实验设计：在进行实验前，需要先进行实验设计。
确定实验的目的、假设和具体的实验步骤。
根据实验目的，可以选择适当的实验方案和实验条件。
可以根据研究问题，设计出不同的实验组和对照组，以便进行对比分析。
4. 实验参数的选择：进行声音光效应实验时，需要设定适当的实验参数。
比如，声音的频率、幅度和持续时间等。
光的强度、颜色和闪烁频率等。
合理的选择参数可以使实验结果更加准确和可重复。
5. 数据采集与记录：在实验过程中，需要采集和记录实验数据。
可以使用专业的数据采集设备或传感器，以确保数据的准确和可靠。
同时，还需要记录各种实验条件和实验步骤，以便后续的数据分析和结果验证。
6. 数据处理与分析：采集完实验数据后，需要进行数据处理和分析。
可以使用统计学方法对数据进行整理和分析，以得出实验结果的统计显著性和可靠性。
同时，还可以进行图表绘制和结果呈现，方便研究者和其他人员对实验结果进行理解和比较。
7. 结果验证与讨论：在得到实验结果后，需要对结果进行验证和讨论。
可以对实验结果与相关的理论知识进行比较和对照，以确定结果的合理性。
同时，还可以从实验设计和数据处理等方面对实验步骤和方法进行反思和讨论，以改进和优化实验过程。
8. 结论和总结：最后，在声音光效应实验结束后，需要对实验结果进行总结和结论。
根据实验数据和分析结果，对实验目的和假设进行回答和解释。
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
实验一 声光效应实验
5实验 声光效应实验学史背景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.. 实验目的1．掌握声光效应的原理和实验规律；2．了解喇曼－纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点；3．测量不同激光红光、蓝光、绿光和红外线通过声光晶体发生布拉格衍射后的衍射角.. 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..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－光相互作用不导致入射光偏振状态的变化;产生正常声光效应..在各项异性介质中;声－光相互作用可能导致入射光偏振状态的变化;产生反常声光效应..反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤波器的基础..正常声光效应可用喇曼－纳斯的光栅假设作出解释;而反常声光效应不能用光栅假设作出说明..在非线性光学中;利用参量相互作用理论;可建立起声－光相互作用的统一理论;并且运用动量匹配和失配等概念对正常和反常声光效应都可作出解释..本实验只涉及到各项同性介质中的正常声光效应..图1 声光衍射6 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s w ;波长为s λ波矢为s k ..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510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PS n)1(2∆ 1 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)sin(0y k t w S S s s -= 2当应变较小时;折射率作为y 和t 的函数可写作)sin(),(0y k t w n n t y n s s -∆+= 3式中;0n 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0321PS n n -=∆设光束垂直入射k ⊥s k 并通过厚度为L 的介质;则前后两点的相位差为)sin(),(0000y k t w nL k L n k Lt y n k s s -∆+==∆Φ 40sin()s s w t k y δ=∆Φ+Φ-式中;0k 为入射光在真空中的波矢的大小;右边第一项0∆Φ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;0k nL δΦ=∆..可见;当平面光波入射在介质的前界面上时;超声波使出射光波的波振面变为周期变化的皱折波面;从而改变出射光的传播特性;使光产生衍射.. 设入射面上2L x =-的光振动为iti E Ae =;A 为一常数;也可以是复数..考虑到在出射面2Lx =上各点相位的改变和调制;在xy 平面内离出射面很远一点的衍射光叠加结果为 00[((,)sin ]22b i wt k n y t k y b E A e dy θ---∝⎰7写成等式时;0sin()sin 22s s b i k y w t ik y iwtb E Cee e dy δθΦ---=⎰5式中;b 为光束宽度;θ为衍射角;C 为与A 有关的常数;为了简单可取为实数..利用一与贝塞耳函数有关的恒等式sin ()ia im mm eJa e θθ∞=-∞=∑式中()m J a 为第一类m 阶贝塞耳函数;将5式展开并积分得00sin[(sin )/2]()(sin )/2()s s s b mk k i w mw tb mk k m m E Cb J eθθδ-∞--=-∞=Φ∑ 6上式中与第m 级衍射有关的项为()0s i w mw t m E E e -= 7 000sin[(sin )/2]()(sin )/2s m s b mk k E CbJ b mk k θδθ-=Φ- 8因为函数sin /x x 在0x =取极大值;因此有衍射极大的方位角m θ由下式决定：00sin s m sk mm k λθλ== 9 式中;0λ为真空中光的波长;s λ为介质中超声波的波长..与一般的光栅方程相比可知;超声波引起的有应变的介质相当于一光栅常数为超声波长的光栅..由7式可知;第m 级衍射光的频率m w 为m s w w mw =- 10可见;衍射光仍然是单色光;但发生了频移..由于s ww ;这种频移是很小的..第m 级衍射极大的强度m I 可用7式模数平方表示：*2220020()()m m mI E E C b J I J δδ==Φ=Φ 11式中;*0E 为0E 的共轭复数;220I C b =第m 级衍射极大的衍射效率m η定义为第m 级衍射光的强度与入射光的强度之比..由11式可知;m η正比于2()m J δΦ..当m 为整数时;()(1)()mm m J a J a -=-..由9式和11式表明;各级衍射光相对于零级对称分布..当光束斜入射时;如果声光作用的距离满足2/2s L λλ<;则各级衍射极大的方位角mθ由下式决定sin sin m si mλθλ=+ 12 式中i 为入射光波矢k 与超声波波面的夹角..上述的超声衍射称为喇曼－纳斯衍射;有超声波存在的介质起一平面位光栅的作用..8当声光作用的距离满足22/s L λλ>;而且光束相对于超声波波面以某一角度斜入射时;在理想情况下除了0级之外;只出现1级或－1级衍射..如图2所示..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..可以证明;布喇格角满足图2 布拉格衍射sin 2B si λλ=13 式中13称为布喇格条件..因为布喇角一般都很小;故衍射光相对于入射光的偏转角2B ss s i f nv λλλΦ=≈= 14 式中;s v 为超声波的波速;s f 为超声波的频率;其它量的意义同前..在布喇格衍射条件下;一级衍射光的效率为2sin η= 15 式中; s P 为超声波功率;L 和H 为超声换能器的长和宽;2M 为反映声光介质本身性质的一常数;622/s M n p v δρ=;ρ为介质密度;p 为光弹系数..在布喇格衍射下;衍射光的效率也由10式决定..理论上布喇格衍射的衍射效率可达100％;喇曼－纳斯衍射中一级衍射光的最大衍射效率仅为34％;所以使用的声光器件一般都采用布喇格衍射..由14式和15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基础..从10式可知;超声光栅衍射会产生频移;因此利用声光效应还可以制成频移器件..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..以上讨论的是超声行波对光波的衍射..实际上;超声驻波对光波的衍射也产生喇曼－纳斯衍射和布喇格衍射;而且各衍射光的方位角和超声频率的关系与超声行波的相同..不过;各级衍射光不再是简单地产生频移的单色光;而是含有多个傅立叶分量的复合光..实验仪器LOSG-Ⅱ型晶体声光效应实验系统;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激光器产生红光;蓝光和绿光激光器;激光器电源;光纤光源产生红外线;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..实验时;另需配频率计和双踪示波器器..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±0.5MHz;衍射频率≥40%;脉冲重复频率≥1MHz.3.高频超声信号源：工作频率80-100MHz;输出功率约为700mw.调制脉冲频率≤10MHz;TTL接口..4.脉冲方波产生器：0.5-2KHz;TTL接口..实验内容及步骤按照要求安装好有关部件：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生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.. 一测量红光、蓝光和绿光通过声光晶体后产生布拉格衍射的衍射角光打开He-Ne激光器红光电源;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;不能开启电源仔细声光器件在光路中的位置和光的入射角;调整信号源输出功率至最大值直流电流表指示最大同时调节信号源输出频率;使光屏上出现布拉格衍射..调出布喇格衍射;测量红光的衍射角调节布拉格衍射时;使1级衍射光最强即可..9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..4．实验结束后;应先关闭各仪器电源;再关闭总电源;以免损坏仪器..10。
近代物理实验七 声光效应
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。
声光电小实验报告
一、实验目的1. 了解声光效应的基本原理。
2. 掌握声光效应实验的操作步骤。
3. 通过实验观察声光效应现象，加深对声光效应的理解。
4. 培养学生的动手能力和科学探究精神。
二、实验仪器与材料1. 声光效应实验装置一套2. 超声波发生器3. 光栅4. 光源5. 接收器6. 激光笔7. 导线若干8. 螺丝刀9. 记录本三、实验步骤1. 搭建实验装置：（1）将超声波发生器固定在实验台上。
（2）将光栅放置在超声波发生器前方，调整光栅与超声波发生器的距离。
（3）将光源放置在光栅前方，调整光源与光栅的距离。
（4）将接收器放置在光源后方，调整接收器与光源的距离。
（5）连接实验装置的电源和导线。
2. 调整实验参数：（1）调整超声波发生器的频率，使其在实验要求的范围内。
（2）调整光源的功率，使其在实验要求的范围内。
（3）调整光栅与超声波发生器、光源与光栅、接收器与光源的距离，使其在实验要求的范围内。
3. 观察声光效应现象：（1）打开实验装置的电源，观察接收器接收到的光信号。
（2）调整超声波发生器的频率，观察接收器接收到的光信号的变化。
（3）调整光源的功率，观察接收器接收到的光信号的变化。
4. 记录实验数据：（1）记录实验装置的参数，如超声波发生器的频率、光源的功率、光栅与超声波发生器、光源与光栅、接收器与光源的距离等。
（2）记录接收器接收到的光信号的变化情况。
四、实验结果与分析1. 实验现象：在实验过程中，当超声波发生器产生超声波时，光栅会发生衍射现象，衍射光通过光源照射到接收器上。
当调整超声波发生器的频率时，衍射光的位置会发生改变，从而影响接收器接收到的光信号。
2. 数据分析：通过实验数据的分析，我们可以得出以下结论：（1）声光效应现象的存在与超声波的频率、光源的功率、光栅与超声波发生器、光源与光栅、接收器与光源的距离等因素有关。
（2）当超声波的频率增加时，衍射光的位置会向远离光栅的方向移动。
（3）当光源的功率增加时，接收器接收到的光信号会增强。
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。
近代物理实验七 声光效应
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。
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。
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专业 12 级 第 组 姓名 学号 实验日期： 年 月 日 气温 气压<一>、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。
<二>、实验仪器F-SG1080型声光效应实验仪<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。
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s w ，波长为s λ波矢为s k 。
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510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 声光衍射由于应变而引起的介质的折射率的变化由下式决定PS n)1(2∆ （1） 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)sin(0y k t w S S s s -= （2）当应变较小时，折射率作为y 和t 的函数可写作)sin(),(0y k t w n n t y n s s -∆+= （3）式中，0n 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0321PS n n -=∆设光束垂直入射（k ⊥s k ）并通过厚度为L 的介质，则前后两点的相位差为 )sin(),(0000y k t w nL k L n k Lt y n k s s -∆+==∆Φ （4）0sin()s s w t k y δ=∆Φ+Φ- 式中，0k 为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项0∆Φ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），0k nL δΦ=∆。
声光效应实验
实验6—10 声光效应实验声光效应是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。
激光器的发明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、信息处理器、可调滤波器和频谱分析器等，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。
在近代物理实验中开设声光效应实验从物理效应和应用两方面都有重要意义。
由于SO2000声光效应实验仪采用的中心频率高达100MHz 的声光器件，而喇曼-纳斯衍射发生的条件是声频较低、声波与光波作用长度比较小，因此，本实验主要围绕布喇格衍射展开，对于喇曼-纳斯衍射仅作观察等一般研究。
【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。
5. 模拟激光通讯实验。
【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。
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-光相互作用不能导致入射光偏振状态的变化，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偏振状态的变化，产生反常声光效应。
反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤光器的物理基础。
正常声光效应可用喇曼-纳斯的光栅假设做出解释，而反常声光效应不能用光栅假设做出说明。
在非线性光学中，利用参量相互作用理论，可建立起声-光相图6-10-1 声光衍射大学物理实验互作用的统一理论，并且运用动量匹配和失配等概念对正常和反常声光效应都可做出解释。
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。
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。
声光效应实验
• 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， 声光器件n＝2.386。由于声光器件的参数不可能 达到理论值，实验中布拉格衍射不是理想的，可 能会出现高级次衍射光等现象。调节布拉格衍射 时，使1级衍射光最强即可。
声光效应发展
早在19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 声光效 应为控制激光束的频率、 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。 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。
4、 USB100计算机数据采集盒 计算机数据采集盒
用USB接口与计算机相连，同时以DB15插座通过电缆线 与LM601/501CCD光强仪后面板上的DB9插座相连。采集 盒上有一个12位的A/D转换器，也就是说可以把CCD器 件上每一个光敏单元上的光强信号分成4096个灰度等级。 空间分辨率与所使用CCD光强仪的型号有关。
实验装置
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 光具座
1、声光器件 声光器件
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换能器，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。为了获得最佳的电声能量转换 效率，换能器的阻抗与信号源的内阻应当匹配。 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，记为fc。对于 其它频率的超声波，其衍射效率将降低。规定 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12）时两频率间的间隔 为声光器件的带宽。
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。
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声 光 效 应
正常声光效应：在各向同性介质中，声 与光相互作用不导致入射光偏振状态的 变化。可用衍射光栅假设作出解释。
反常声光效应：在各向异性介质中， 声与光相互作用导致入射光偏振状态 的变化。不能用光栅假设作出说明。
本实验采用衍射光栅假设对各向同性介质中的声 光效应作一简要的讨论。
• 设声光效应中的超声行波是沿 y方向传播的平面 纵波，其角频率为 s，波长为λs ，波矢为 ks（ks = 2 s ）。入射光为沿 x方向传播的平面波，其 角频率为 ，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。 2 当声光作用的距离较小，满足 L< s 2 时，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。
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）通过对声光衍射器件衍射效率测量， 加深对这些概念的理解； • （4）测量光偏转和光调制曲线。
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。 • 声光效应是制造高性能声光偏振器件 和可调谐滤光器的物理基础。
声光效应发展
早在19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。
1 应变引起的介质折射率的变化 PS 2 n
n为介质折射率，S 为应变， P为光弹系数形式传播，所以可写成 S=S0sins t k s y
当应变S较小时，折射率作为y和t的函数可写 作 n( y, t ) n0 + n sin s t k s y
n 为声致折 n0 为无超声波时的介质折射率 ， 射率变化的幅值。 n
1 3 n PS0 2
设光束垂直入射（k 垂直于 ks），并通过厚 度L为 的介质，则光波前后两点的相位差可由 波矢和光程求出，即有
k0 n( y, t ) L k0n0L + k0nsins k s y
其中，与第m级衍射有关的项为：
Em = E0e
i ms t
sin[b(mks k0 sin ) / 2] E0 CbJm ( ) b(mks k0 sin ) / 2
函数 sin x x 在 x 0 时取极大值，因此衍射 极大的方位角 由下式决定
0 sin m sin i m s
sin m sin i m
s
i为人射光波矢 与超声波波面之间的夹角 声与光相互作用可产生多级衍射。此时，有 超声波存在的介质起一个平面相位光栅的作 用。
布喇格衍射
当声光作用的距离满足L> 22 ，而且光 s 束相对于超声波波面以某一角度斜入射时， 在理想情况下除了0级之外，只出现1级或者-1 级衍射。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 波存在的介质起一个体积光栅的作用。 布喇格条件： sin i B =λ/2λs
+sins k s y
可见，当波阵面为平面的光波入射在介质的 前界面上时，超声波使出射光波的波阵面变为 周期变化的皱折波面，从而改变了出射光的传 播特征，使光产生衍射。
i t 设入射面上的光振动为 Ei = A ，A为一 常数，也可以是复数。考虑到在出射面上各 点相位的改变和调制，在xy平面内离出射面 很远一点处的衍射光叠加结果为
与一般的光栅方程相比可知，超声波引起的 有应变的介质相当于一个光栅常数为超声波 长的光栅。 第m 级衍射光的频率 为 m = m s
可见，衍射光仍然是单色光，但发生了频移。 且这种频移是很小的。
喇曼—纳斯衍射
当光束斜入射时，如果声光作用的距离 2 仍满足 L < s 2 ，则各级衍射极大的方位角 由下式决定： 0
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。
因为布喇格角一般都很小，故介质内衍射光相对于入 射光的偏转角为:
vs为超声波的波速，fs为超声波的频率，其它量的意义 同前。在布喇格衍射条件下，一级衍射光的效率为
M 2 LPs = sin 2 H 0 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。
e
E Ce
it
b/2
b / 2
e
i sin( k S y S t ) ik0 y sin
e
dy
b为光束宽度， 为衍射角，C为与A及 0有关 的常数，为了简单可取为实数。
展开并积分得：
E Cb J m ( )e
m
i ( ms ) t
sin[b(mks k 0 sin ) / 2] b(mks k 0 sin ) / 2
声光效应介绍
定义：介质中的超声波对光的衍射现象。
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acoustooptic effect。