声光效应
声光效应课件ppt
相邻波阵面波阵面衍射光的干涉
增强条件
n FE EG ns sini sind m0
当m 1时，得到Bragg公式
2ns sinB 0
sin B
0 2ns
0
2nVS
fs
ks 2k
17
24、4 声光作用粒子模型
一、Bragg衍射的粒子模型
将光束看做是光子流，声场看做是声子流，则声光作用可以看
行波相叠加形成的。
u( x, t ) Asin(st ks x)
Asin st ks x
u( x, t ) Asin(st ks x)
2Acos ks x sin st
9
24、1 声光效应
声驻波场的时间调制
S
u( x, t) x
S0
sin st sin ks
x
n x, t nsin st sin ks x
i, j
Pij S j
1, 2 6
Pmn 石英
P11 P12
P12
0
P12 P11 P12
0
P12 P12 P11
0
0 0 0
1
2 P11 P12
0 0 0
0
0 0 0
0
0 0 0
0
1
2 P11 P12 0
0
0
0
0
0
1
2
P11 P12
6
24、1 声光效应
无超声场时石英晶体的折射率椭球为：1 n2
声光效应课件
24、1 声光效应
声光调制的基础是声光效应
声光效应是指光波在声场中传播时被超声场衍射或者散射的现 象。即当声波和光波同时射到晶体上时，它们将发生相互作用。 声光效应是机械波和电磁波之间通过介质进行的相互作用。
声光效应
声光衍射
实验内容
观察莱曼-纳斯和布拉格衍射 调出布拉格衍射，测量衍射角 测量φ与fs的关系曲线，计算声速 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，定出声光器件带宽与中心频率 测出衍射光强度与超声波功率的关系曲线 测定最大衍射效率（I1/I0） 莱曼-纳斯衍射下，测量衍射角，衍射效率
注意事项
实验需预热10分钟 调节时需耐心认真，不可急躁 不可将信号源输出功率长时间处于最大输出状态 波形应调至无毛刺，光滑曲线
实验总结
调节波形是本实验的关键，仪器不给力，调节需 耐心 选用布拉格衍射测量是因为布拉格衍射效率高 布拉格与莱曼-纳斯衍射都是斜入射 中心频率附近多测几组数据，方便作图
实验重点
布拉格衍射 （ ）
光束相对于超声波波面以斜角度入射时，在 理想情况下，除0级之外，只出现唯一的衍 射级。
能产生布拉格衍射的光束入射角称为布拉格角， 满足布拉格条件：
衍射光相对于入射光的偏转角：
布拉格一级衍射光效率：
Байду номын сангаас 实验仪器
声光器件
功率信号源 CCD光强分布测量仪 半导体激光器 光具座 频率计
声光效应
张瑞光
实验目的
了解声光相互作用原理 观察莱曼-纳斯与布拉格衍射 测量声光器件衍射效率、中心频率和带宽 测量声光偏转和声光调制曲线
实验原理
超声波通过介质时引起介质的弹性 应变作时间和空间上周期性的变化， 导致介质折射率发生变化，使介质 出现疏密相间的状况，当光束通过 时就会产生衍射现象。 衍射分正常声光效应和反常声光效 应。 正常声光衍射有莱曼-纳斯衍射 与布拉格衍射。
声光效应
一．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，其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化，这种现象称之为声光效应。
按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光相互作用可以分为拉曼—纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
1．拉曼—纳斯衍射当超声频率较低，光波平行于声波面入射（即垂直于声场传播方向），声光互作用长度较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看做为相对静止的“平面相位光栅”，产生拉曼—纳斯衍射。
由于声速比光速小得多，而且声波长比光波长大得多，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）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分布的多级衍射光，这就是拉曼—纳斯衍射。
2．布喇格衍射当声波频率较高，声波作用长度较大，而且光束与声波波面间以一定的角斜入射时，光波在介质中要穿过多个声波面，故介质具有“体光栅”的性质。
当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0 级和+1 级或（-1 级）（视入射光的方向而定）衍射光，即产生布喇格衍射。
因此，若能合理选择参数，并使超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到+1 级（或-1 级）衍射极值。
因而光束能量可以得到充分利用，所以，利用布喇格衍射效应制成的声光器件可以获得较高的效率。
二．声光调制：衍射光强度随超声波功率而变化的现象称为声光调制。
声光调制的工作原理：声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。
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。
大学物理实验 实验33 声光效应
做实验时，通光孔可用不干考题
1、为什么说声光器件相当于相位光栅?
2、声光器件在什么实验条件下产生喇曼-奈斯和布 拉格衍射？两种衍射的现象各有什么特点？ 3、调节喇曼-奈斯衍射时，如何保证光束垂直入射?
声 光 效 应
实验背景
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，这种现象是光与介质中的声波相互 作用的结果。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信技术等方 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．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．了解声光效应在通信技术中的应用。
实验仪器
实验装置示意
实验原理
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
I1 I入
3．测量超声波长λS和声速S
按照下图所示，测量光屏上零级和一级衍射光点之间的距离a，声 光器件与光屏之间的距离为L，计算一级衍射角，
衍射角测量示意
4．测量声光器件的带宽和中心频率 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。 5．观测利用声光效应的信息传输实验 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
声光效应
中山大学实验人：yxy 日期：2012.11.5 & 11.12 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 nη∆=∆= 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。
声光效应及其应用
声光效应及其应用声光效应是指声音和光线相互作用产生的效果。
它是一种将声音和光线相结合的技术，可以产生出丰富多样的视听效果。
声光效应在各个领域都有广泛的应用，比如娱乐、教育和科学研究等方面。
本文将介绍声光效应的原理以及其在不同领域中的应用。
声光效应的原理是基于声音和光线的传播特性。
当声音传播到某个物体时，会引起物体的振动，进而产生声波。
而光线的传播则是通过光的折射和反射来实现的。
当声音和光线同时作用于物体时，它们会相互影响，从而产生声光效应。
在娱乐领域，声光效应被广泛应用于电影、演唱会和游乐园等场所。
在电影中，声光效应可以增强观众的沉浸感，使他们更好地融入电影的情节中。
通过合理运用声光效应，可以使观众感受到爆炸声、风声和雨声等，从而提升电影的观赏体验。
在演唱会上，声光效应可以与音乐相结合，创造出炫目的舞台效果，增强观众的视听体验。
而在游乐园中，声光效应可以用来制造恐怖氛围或者增加刺激感，例如在过山车上加入声音和光线的效果，使游客感受到更加真实的刺激。
教育领域也是声光效应的应用领域之一。
在学校的音乐课上，声光效应可以用来演示音乐的原理和特点。
通过将不同乐器的声音与特定的光线效果相结合，可以让学生更好地理解音乐的节奏、音调和音色等概念。
此外，声光效应还可以用于语言学习，通过将不同语言的声音与相应的光线效果相结合，可以帮助学生更好地记忆和理解语言。
在科学研究领域，声光效应也发挥着重要的作用。
例如，在物理学中，声光效应可以用来研究物质的结构和性质。
通过将声音和光线同时作用于物质，可以观察到物质的振动和变形情况，从而推断出物质的特性。
此外，声光效应还可以用来研究声音和光线的相互作用机制，深入了解声音和光线的传播规律。
除了以上提到的领域，声光效应还有许多其他的应用。
例如，在舞台剧中，声光效应可以用来增强角色的表演效果，使观众更好地理解角色的情感和内心世界。
在展览和博物馆中，声光效应可以用来展示历史事件和文化艺术，使观众更好地了解和体验。
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。
声光效应
声光效应目录概念原理实验仪器实验内容注意事项编辑本段概念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。
编辑本段原理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。
编辑本段实验仪器主要实验仪器：有半导体激光器、声光器件及转角平台、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。
编辑本段实验内容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。
物理实验技术中的声光效应使用方法
物理实验技术中的声光效应使用方法引言物理实验是对自然现象进行观察和研究的重要手段之一。
在实验中，科学家使用各种技术和仪器来探索物质的性质和现象。
其中，声光效应是一种常用的实验技术，它将声音和光线结合在一起，用于研究物体的特性和行为。
本文将介绍物理实验中声光效应的使用方法，帮助读者了解这一重要实验技术。
一、声光效应的基本原理要理解声光效应的使用方法，首先需要了解其基本原理。
声光效应是指声音和光线相互作用产生的现象。
当声波通过介质传播时，会引起介质的振动，这些振动进一步以光线形式传播出来，从而导致光的幅度和相位发生变化。
这种变化可以通过一些特殊的装置来检测和测量，从而获得物体的各种性质信息。
二、声光效应的使用方法在物理实验中使用声光效应时，需要进行以下几个步骤：1.选择合适的光源：选取合适的光源非常关键，因为不同的光源会产生不同的光线波长和强度，从而影响声光效应的观察结果。
常用的光源包括激光器、白炽灯、LED灯等。
根据实验需要选择合适的光源，确保能够满足实验要求。
2.准备适当的介质：声光效应的观察需要有介质来传播声波和光线。
常用的介质包括空气、水、玻璃等。
根据实验需要选择合适的介质，并确保其清洁和透明度，以保证声波和光线的正常传播。
3.设计合适的实验装置：根据实验要求和所研究的物体特性，设计合适的实验装置来观察声光效应。
实验装置应包括声源、光源、检测器等必要的组件，以实现声波和光线之间的交互作用和测量。
4.控制实验参数：在进行声光实验时，需要控制一些参数，如光源强度、声源频率和振幅等。
这些参数的控制可以通过在实验中使用控制器、调节器等装置来实现，确保实验结果的准确性和可靠性。
5.观察和记录实验结果：进行实验时，应仔细观察声光效应产生的现象，并使用适当的仪器和设备对其进行测量和记录。
例如，使用光谱仪来测量光线的频率和强度变化，使用声音分析仪来测量声波的振幅和频率变化等。
三、声光效应在实验中的应用声光效应在物理实验中有着广泛的应用。
声光效应
图7:超声驻波衍射光强的测量
15
Im I0
(m 0,±1,±2,±3 ,...)
16
四、用一维光强分布系统测量衍射光强，计算光栅常数
实验步骤：
1)重复实验一的步骤，令观察屏上的衍射光点最多。 2)将光强分布测量系统置于导轨另一端。 3)选取最窄的缝光阑测量，注意测量要覆盖所有各级衍射条纹，将数据绘 成衍射光强分布曲线 4)利用光栅衍射原理，测量光栅常数。
2
实验目的：
1、测量声光效应的衍射光强分布；
2、测量声光晶体各级衍射条纹的衍射效率及其与超声波驱动功率之间的 关系；
3、研究声光效应超声驻波器的电输入特性与声光相互作用介质、压电换 能器、 匹配网络的关系。
3
实验原理：
1、超声波的产生 声频范围在几十千赫至上千兆赫的声波叫超声波。超声波的产生主要 是利用某些电介质的逆压电效应（电致伸缩效应）。 2、声光效应
17
操作要领
18
5
图2 是这种波在十个彼此相等的瞬时 间隔时的情况。沿正方向传播的发射波 用虚线表示；沿负方向传播的反射波用 实线表示；它们的叠加用点划线表示。 这种有两个彼此相对的行波组成的振动 称为驻波。 在驻波中，彼此相距 / 2 的各点完 全不振动，这些点称为波节。位于两波 节中间的点是波腹，这些点上的振动最 大。另外，显而易见的是每隔T/2秒，振 动即完全消失（图2中从上往下数3，5， 7，9行的瞬时），驻波的最大值也位于 这些瞬时间隔的中间（2，4，6，8， 10），而且每经过这个时间间隔，在波 腹处的振动的相位相反。
将（1）式对时间微分，即可得到驻波 情况下质点振动速度的表达式：
u 2 A cos Kx cos t
(2)
声光效应知识点总结
声光效应知识点总结一、声光效应的基本概念声光效应是指在光学介质中，由于光的吸收和热膨胀等原因而导致的声波的产生现象。
最早被发现的是在固体和液体中发生的光声效应，后来也发现了气体中的光声效应。
声光效应主要分为吸收型光声效应和热膨胀型光声效应两种类型。
1. 吸收型光声效应吸收型光声效应是指当光束通过介质时，光子被介质原子或分子吸收后，会使得介质产生声音的现象。
这种效应的产生与介质的折射率、吸收系数以及光的能量有关。
当光子被吸收后，介质中的原子或分子会发生振动，从而引起了压力波，使得介质中产生声音。
2. 热膨胀型光声效应热膨胀型光声效应是指当光束通过介质时，光子的能量被转化为热能，导致了介质发生温度的非均匀性，从而引起了温度梯度，进而导致了声音的产生。
这种效应主要取决于介质的热导率和光束的功率密度。
声光效应具有一些独特的特性，例如频率可调性、高光强下的线性响应等，使得其在超声成像、激光输出控制、光声光谱学等领域得到了广泛的应用。
二、声光效应的物理原理声光效应的产生是由于光与声波之间的相互作用。
下面分别介绍吸收型声光效应和热膨胀型声光效应的物理原理。
1. 吸收型声光效应的物理原理当光束通过介质时，光子被介质原子或分子吸收后，会使得介质产生声音。
这种现象可以用简单的经典理论来解释，即光子的能量被介质吸收后，引起了介质中原子或分子的振动。
由于振动的不规则性，导致了压力波的产生，从而引起了声音。
由于吸收型声光效应的产生与光子的能量有关，因此通常在光功率较大的光束中，这种效应更为显著。
2. 热膨胀型声光效应的物理原理热膨胀型声光效应的产生是由于光的能量被介质转化成了热能，从而导致了介质的温度非均匀性。
这种现象可以用热传导定律来解释，即光束的功率密度足够大时，会引起介质温度的非均匀性，导致了温度梯度，从而引起了声音。
由于热膨胀型声光效应的产生与介质的热导率和光束的功率密度有关，因此通常在功率密度较大的光束中，这种效应更为显著。
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
声光效应(课题)
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。
声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了有效的手段。
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。
预习要求了解声光效应的原理及拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射的条件和特点，知道什么是声光偏转和声光调制，理解声光器件的参数-衍射效率、中心频率、带宽等的概念。
课题任务及部分实验方案参考1．按说明书声光效应实验安装图连接仪器，开启除功率信号源之外的各部件的电源；2．声光器件尽量靠近激光器,调节光路，使光束通过声光器件照到CCD 采集窗口上，这时衍射尚未产生，可在 CCD 采集窗口前置一白纸，在纸上看到正确的图形后再让它射入采集窗口，在示波器上看到一个稳定的单峰波形。
得到满意的波形后，打开功率信号源的电源。
如在示波器顶端出现直线而看不到波形，这是CCD 器件已饱和所致，可以通过减弱环境光强、减小激光器输出功率解决；如波形有“毛刺”，大多CCD 采光窗上落有灰尘，可通过转动活动马鞍座侧面的旋钮来移动CCD 光强分布测量仪或改变光束的照射位置解决；为获得理想波形，有时须反复调节激光束、声光器件、CCD 光强分布测量仪等之间的几何关系与激光器的功率；3．喇曼-纳斯衍射特点：两个1级光强度相等；布喇格衍射特点：只出现一级衍射光和零级衍射光，且一级光衍射最强。
微调声光器件转角平台旋钮，改变激光束的入射角，分别获得喇曼-纳斯衍射或布喇格衍射，比较两种衍射的条件。
4．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）f s 的关系曲线，即声光偏转曲线，要求功率指针置于中间值，测出6—8组（φ，f s ）值，并由公式s s s B v f i 002λλλφ=≈=计算声速νs ， 其中0λ：入射激光波长650nm ；s s s f v 、、λ分别为超声波的波长、频率和声速；L L ∆=φ，L ∆是一级衍射光与零级光偏转的距离，L 是声光介质的中心（从中心算起是因衍射在声光器件的内部已发生）到CCD 线阵光敏面的距离，注意不要忘了加上CCD 器件光敏面至光强仪前面板的距离4.5mm 。
声光效应
4.2 声光效应10329073 袁礼文 10光信息02班 2012-11-5&2012-11-12【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。
【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。
声光效应 折射率变化
声光效应折射率变化
声光效应是指在介质中，声波和光波的传播速度不同，导致光线在介质中的传播路径发生弯曲的现象。
这种效应的产生是由于介质密度的变化引起的，而介质密度的变化又与介质中声波的存在有关。
声波的传播速度取决于介质的密度和弹性模量，因此当声波通过介质时，会引起介质密度的变化，从而导致光线的折射率发生变化。
在实际应用中，声光效应有着广泛的应用。
例如在医疗领域中，声光效应可以用于制造超声波探测器和激光治疗仪器。
超声波探测器利用声光效应来探测人体内部的组织结构，而激光治疗仪器则利用声光效应来将激光束聚焦到病变组织上，实现对组织的精确治疗。
此外，在光学领域中，声光效应也有着广泛的应用。
例如在激光技术中，声光效应可以用于制造激光干涉仪、激光光栅和激光调制器等器件。
激光干涉仪利用声光效应来实现对激光束相位差的测量，而激光光栅和激光调制器则利用声光效应来实现对光信号的调制和分析。
此外，在通信领域中，声光效应也被广泛地应用。
例如在光纤通信系统中，声光效应可以用于制造光纤调制器和光纤延迟线等器件。
光纤调制器利用声光效应来实现对光信号的调制，而光纤延迟线则利用声光效应来实现对信号的延迟。
总之，声光效应是一种非常重要的物理现象，在医疗、光学和通信等领域都有着广泛的应用。
随着科技的不断发展，相信声光效应会有更加广泛和深入的应用。
声光效应
实验 声光效应1921年，布里逊曾预言：在有短波长的压力波横向通过的液体中，当可见光照射时，会出现类似于一刻线光栅那样产生衍射现象。
1932年，德拜和西尔斯以及卢卡斯和比夸特分别独立地观察到超声波对光的衍射。
此后一段时间，一些学者从实验和理论方面对这一现象做了较深入的研究，但应用方面进展不大。
近年来，由于高频声学和激光器的飞速发展，人们利用这一效应对光束频率、强度和传播方向的控制作用制成了声光偏转器和声光调制器等。
这些器件已广泛应用于激光雷达扫描，电视大屏幕显示器的扫描，高清晰度的图像传真，光信息储存等近代技技术。
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，这种现象是光与介质中的声波相互作用的结果。
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信技术等方面有着重要的应用。
【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，声与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，产生反常声光效应。
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。
正常声光效应可用衍射光栅假设作出解释，而反常声光效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 ω，波长为s λ，波矢为s k （s k =s π2）。
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Ps
实验内容 (3) 数据记录、处理的相关问题
2）衍射光强度与超声波功率的关系
超声波频率固定在声光器件的中心频率上
次数 1 2 3 4 5 6 (I) / mA 50 60 70 80 90 100 I0（小格数） I1（小格数）
3）测定布喇格衍射下的最大衍射效率
实验内容 (3) 数据记录、处理的相关问题
实验目的 1 实验目的 (1) 了解声光效应的原理；学会利用声光效应来测定声速。 (2) 了解喇曼—纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点，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。
实验原理 2 实验原理 2.1 声光效应 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。
实验内容
(2) 各实验测试内容的测试步骤及应注意的问题
注意：不能直接用眼睛去看激光束，以免造成永久性的损伤。
实验内容
(2) 各实验测试内容的测试步骤及应注意的问题
实验内容
(2) 各实验测试内容的测试步骤及应注意的问题
定标：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。方法是调节示波器的 “时基”档及“微调”，使信号波形一帧正好对应于示波器上的某个刻 度数。本实验测量光强采用的是一维阵列CCD，共2160个像元，每个像 元的长度为14μm。如果波形一帧正好对应于示波器上的8.0大格，则每 小格对应实际空间距离为2160个像元÷（8.0大格×5）×14μm = 0.76mm。
各级衍射光强的分布趋势与数值计算分布规律比较 声波功率与高级次的衍射光强度的关系 温度对声光衍射效率、相对光强比的影响 溶液浓度对声光衍射效率、相对光强比的影响
思考题与实验报告 5 思考题与实验报告 思考题：
•为什么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？
•本实验用什么方法将电信号转换为超声波信号？ •为什么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？ •为什么声光器件一般都采用布喇格衍射？
实验原理
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。
实验原理
y
声波
KS
b
2
光 波
L 2
θ
o
χ
b
K
2 L 2
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。
1）在布喇格衍射下，测量声光偏转量，计算超声波声速，和公认 值比较计算相对误差。
2）在布喇格衍射下，固定超声波功率，确定声光器件的中心频率。
3）阐述在布喇格衍射下，固定超声波频率时衍射光强度如何随超 声波功率变化。 4）测定布喇格衍射下的最大衍射效率。
拓展实验 4 拓展实验
液体中的声光效应（拉曼一奈斯衍射）：
声光效应
大学物理实验中心
讲授提纲 讲授内容 1 实验目的 (理论与实验结合、实验技能与测试方法、创新实验内容) 2 实验原理 (待验证实验的理论与背景、实验设计思路与方法) 3 实验内容 (实验测试内容要点、实验步骤、数据处理、实验注意事项) 4 实验拓展 (创新设计、拓展实验测试内容等)
5 思考题 (创新设计类思考题、文献阅读等)
实验原理 当光束斜入射时，如果声光作用的距离满足L＜λ S2 ／2λ
称为喇曼-纳斯衍射，有超声波存在的介质起一平面相位光栅的作用。
I
2 b b
3
b
o
b
2
b3Biblioteka bsin
实验原理
当声光作用的距离满足 L＞2λ S2／λ ，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级或者-1级衍射,如图 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。
实验内容 (3) 数据记录、处理的相关问题
1）声速和中心频率的测量：
次数 1 2 3 4
0级光与1级光的偏转 小格数
偏转距离 d / mm
偏转角 = d / L
fs / MHz 80 90 100 110
I0（小格数）
I1（小格数）
5
120
注意：声光介质的光出射面到CCD线阵光敏面的距离，应为两者底座的 同侧距离减60.0mm。
Y
KS
Y
KS
+1级 θ= i B
λS
0级
i
i
λS
B
B
X
0级
θ= i B
X
-1级
实验内容 3 实验内容 (1) 实验测试内容 （一）在布喇格衍射下，测量偏转角，计算超声波声速。
（二）在布喇格衍射下，固定超声波功率，测量衍射光相对于0级 衍射光的相对强度与超声波的频率，确定声光器件的中心频率。
（三）在布喇格衍射下，将功率信号源的超声波频率固定在声光 器件的中心频率上，记录衍射0级光光强（I0）和1级光光强度（I1） 以及超声波功率（ Ps）。 （四）测定布喇格衍射下的最大衍射效率。