晶体声光效应实验-使用说明书
·铌酸锂晶体声光效应
·铌酸锂晶体声光效应铌酸锂晶体声光效应铌酸锂晶体声光效应是指铌酸锂晶体在声波作用下产生的光学现象。
声光效应是一种将声波信号转化为光信号的现象，具有广泛的应用领域和潜在的商业价值。
本文将详细介绍铌酸锂晶体声光效应的原理、特性以及相关应用。
铌酸锂晶体是一种具有优异声光特性的无机材料，其声光效应主要是基于光弹耦合机制。
当声波通过铌酸锂晶体时，会引起晶体内部的应力和畸变，进而改变晶体中光的折射率。
这种折射率的变化会导致光的传播速度和传播方向发生改变，从而实现声波到光信号的转换。
铌酸锂晶体声光效应具有很多独特的特性。
首先，它具有极高的灵敏度和快速的响应速度。
其次，它具有可调谐性，可以通过调节声波频率和角度来控制光的传播特性。
此外，铌酸锂晶体还具有较宽的工作带宽和良好的光学损耗特性。
这些特性使得铌酸锂晶体在光通信、激光束控制、医学成像等领域具有重要的应用价值。
铌酸锂晶体声光效应在各个领域有着广泛的应用。
在光通信领域，铌酸锂晶体声光调制器被广泛用于光纤通信系统中，实现信号的调制和解调。
在激光束控制领域，铌酸锂晶体声光偏转器可以用于实现光束的快速扫描和定向控制。
在医学成像领域，铌酸锂晶体声光显微镜可以用于高分辨率的组织成像。
此外，铌酸锂晶体声光效应还在光学传感、光波混频、光学干涉等领域发挥着重要作用。
综上所述，铌酸锂晶体声光效应是一种重要的光学现象，具有广泛的应用前景和商业价值。
了解铌酸锂晶体声光效应的原理和特性对于推动相关技术的发展和应用具有重要意义。
希望本文能够为读者提供准确、简洁、生动的相关知识，促进声光效应在各领域的应用与探索。
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。
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 sm 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，02L 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。
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
声光效应实 验者：杨亿斌(06325107) 合作者：吴聪(06325096)（中山大学物理系，光信息科学与技术06级3班）2008年12月31日[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：1ij j j x y η= （1）描述。
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 kl P S η∆= （2）这就是著名的Pockels 效应。
为简单起见，这里只考虑各个相同性介质中声纵波的情况，这样折射率n 和光弹系数P 都可以看作常量。
有，21()PS nη∆=∆= 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=为声波场。
P 表示单位应变所应起的2(1/)n 的变化，为光弹系数。
得301sin()sin()2n n PS kx t kx t μ∆=-Ω=-Ω于是()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：000()()sin()x n x k l k l kx t φφμ∆==∆+-Ω （7） 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。
标准实验报告1-声光效应
标准实验报告（实验）课程名称大学物理实验实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：声光效应实验室二、实验项目名称：声光效应三、实验学时：四、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。
本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。
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。
()PSn 21∆()y k t S S s s -=ωsin 0()()y k t n n t y n s s -∆+=ωsin ,0()()y k t y k t nL k L n k s s s s -Φ+∆Φ=-∆+=ωδωsin sin 0000由于应变而引起的介质折射率的变化由下式决定（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。
当声波在各向同性介质中传播时，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（2）当应变较小时，折射率作为y 和t 的函数可写作 （3）式中，n 0为无超声波时的介质折射率，△n 为声波折射率变化的幅值，由（1）式可求出设光束垂直入射（k ⊥k S ）并通过厚度为L 的介质，则前后两点的相位差为（4）式中，k 0为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项△ф0为不存在超声波时光波在介质前后二点的相位差，第二项为超声波引起的附加相位差（相位调制），δф = k 0△n L 。
声光效应操作要点及数据范例_简洁版
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、布喇格衍射的定标；3、布喇格衍射下，测量1级衍射光相对于0级衍射光的偏转角φ与超声波频率f s的关系曲线，并计算声速v s；4、布喇格衍射下，固定超声波频率在中心频率处，测出衍射相对光强与超声波功率，绘制二者关系曲线；5、声光模拟通信实验（选做）；思考题：1、声光效应可能有那些方面的应用？声光偏转器件：在布喇格衍射条件下，固定超声波功率，改变超声波频率，可改变1级衍射光的偏转角度；声光调制器件：在布喇格衍射条件下，固定超声波频率，改变超声波功率，可改变1级衍射光的强度；操作要点：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；喇曼－纳斯衍射：类似光栅衍射；布喇格衍射：类似晶体衍射；2、布喇格衍射的定标；确定示波器上每个小格代表CCD上的多少个像元，从而计算出实际代表的空间距离。
如：示波器用10×5格代表CCD上2700个像元，每个像元为11um的光电二极管，则示波器上每个小格代表实际空间距离270011742.5105m mμμ⨯=⨯。
3、布喇格衍射下，测量1级衍射光相对于0级衍射光的偏转角φ与超声波频率f s的关系曲其中，L要加入CCD到前面板的距离4.5cm；LnLϕ∆=，0s sv fλϕ=，λ0＝650nm。
4、布喇格衍射下，固定超声波频率在中心频率处，测出衍射相对光强与超声波功率P s，绘5、声光模拟通信实验（声光调制应用选做）；附录： 1、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。
（一）喇曼-纳斯衍射：（简要介绍）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0sin sin s m i m λλθ=+ （12）式中 i 为入射光波矢k 与超声波波面之间的夹角。
声光效应
图7:超声驻波衍射光强的测量
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Im I0
(m 0,±1,±2,±3 ,...)
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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
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操作要领
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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)
【精选】9、晶体的声光调制河南理工
晶体的声光调制一、实验目的1. 掌握晶体电光调制的原理和实验方法2. 观察晶体声光效应引起的晶体布拉格衍射现象3. 通过示波器比较声光调制实现对光信号的调制二、实验仪器晶体声光调制器, 声光调制电源，半导体激光器, 小孔光阑,光电转换器，双踪示波器三、实验原理早在本世纪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良好的光源，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应用。
声光效应已广泛用于声学、光学和光电子学。
近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q开关。
由于声光器件具有输入电压低、驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的要求。
若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用下发生形变，分子间因互相作用力发生改变而产生相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性改变。
这种由于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光效应。
弹光效应存在于一切物态。
如上所述，当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的密度变化。
这部分受扰动的介质等效为一个“相，这种光栅称为超声光栅。
声波在介质中位光栅”。
其光栅常数就是声波波长s传播时，有行波和驻波两种形式。
特点是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立不动的。
当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。
到达另一端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。
晶体电光声光磁光效应实验实验讲义
2
n12
y
2
2 n2
z
2
2 n3
1
(1-2)
图 1-1 折射率球 式中 n 1 、 n 2 、 n 3 为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。当晶体加
联系方式: 电话：010-67889536/67887073/67872350 传真：010-67889536/67887073/67872350 转 881 邮箱：Sales@ 1 网址：
3.6 思考题 ........................................................................................................................ 20 参考文献 .................................................................................................................................. 21
北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义 RLE-ME06 晶体电光、声光、磁光效应实验 上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成
x
2 2 n11
y
2
2 n22
z
2
2 n33
2 yz
2 n23
2 xz
2 n13
2 xy
2 n12
1
(1-3)
晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电 光效应两种。纵向电光效应 是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向 电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播方向垂直时产生的电光效 应。通常 KD*P（磷酸二氘钾）类型的晶体用它的纵向电光效应，LiNbO3（铌酸锂）类型的晶体 用它的横向电光效应。本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应，用铌酸锂晶体的 横向调制装置测量铌酸锂晶体的半波电压及电光系数，并用两种方法改变调制器 的工作点，观察相应的输出特性的变化。 表 1-1 点群 对称性 3m 晶体材料 电光晶体(electro-optic crystals)的特性参数 折射率 波长 ( m ) 0.633 非零电光系数 ( 1012 m / V )
晶体声光调制实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解声光效应的基本原理。
2. 掌握晶体声光调制器的工作原理及操作方法。
3. 通过实验，验证声光调制器在光束控制中的应用效果。
4. 测量并分析声光调制器的调制频率、调制深度等参数。
二、实验原理声光效应是指当声波在介质中传播时，介质的弹性应变会引起介质的折射率发生变化，从而产生光束的衍射现象。
晶体声光调制器正是利用这一原理，通过控制声波的频率、幅度等参数，实现对光束的调制。
实验中，我们使用的是一种特定类型的晶体，称为声光晶体。
当超声波在声光晶体中传播时，会产生一系列衍射光，这些衍射光的强度与声波的频率、幅度等参数有关。
通过调节这些参数，可以实现对光束的调制。
三、实验仪器与材料1. 声光晶体2. 激光器3. 光束分裂器4. 光束探测器5. 信号发生器6. 数据采集系统7. 电脑四、实验步骤1. 将声光晶体安装在实验装置上，确保声光晶体与激光器、光束分裂器等设备连接正确。
2. 启动激光器，调整激光束的入射角度，使其垂直于声光晶体的光轴。
3. 打开信号发生器，调节超声波的频率和幅度，观察光束探测器接收到的衍射光信号。
4. 记录不同频率和幅度下衍射光信号的变化情况，分析声光调制器的调制频率、调制深度等参数。
5. 利用数据采集系统，对实验数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 调制频率实验结果显示，声光调制器的调制频率与超声波的频率有关。
当超声波频率增加时，调制频率也随之增加。
这符合声光效应的基本原理。
2. 调制深度调制深度是指衍射光强度变化的最大值与最小值之比。
实验结果表明，调制深度与超声波的幅度有关。
当超声波幅度增加时，调制深度也随之增加。
3. 声光调制器的工作模式根据实验结果，我们分析了声光调制器的工作模式。
在实验条件下，声光调制器的工作模式为布拉格衍射。
当超声波频率与声光晶体的光栅常数相匹配时，衍射光强度达到最大值。
六、实验总结通过本次实验，我们成功地掌握了晶体声光调制器的工作原理及操作方法，验证了声光调制器在光束控制中的应用效果。
实验三 晶体的声光调制实验
实验三晶体的声光调制实验一、实验目的(1) 了解声光效应的原理。
(2) 了解喇曼一纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点。
(3) 测量声光偏转和声光调制曲线。
(4) 完成声光通信实验光路的安装及调试。
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伺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。
在各向同性介质中，声一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，声一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一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，可建立起声一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。
本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。
设声光介质中的超声行波是沿少方向传播的平面纵波，有超声波存在的介质起一平面相位光栅的作用。
当声光作用的距离满足L>2λs/λ，而且光束相对于超声波波面以某一角度入射时，在理想情况下除了0级之外，只出现1级或一1级衍射。
这种衍射与晶体对尤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。
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一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。
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。
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。
声光效应实验报告
实验5.9 声光效应实验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。
5.9.1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，加深对这些概念的理解；4．测量光偏转和光调制曲线。
5.9.2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－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－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。
本实验采用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ωs ，波长为λs ，波矢为k s （k s =2π/λs ）。
入射光为沿x 方向传播的平面波，其角频率为ω，在介质中的波长为λ，波矢为k (见图5.9.1)。
介质内的弹性应变也以行波形式随声波一起传播。
当声光作用的距离较小满足λλ22s L <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。
晶体材料的声光效应及其在激光设备中的应用
晶体材料的声光效应及其在激光设备中的应用晶体材料是一种具有反射、折射、和吸收光的材料，是制作光学器件和激光设备中的重要材料之一。
晶体材料中的声光效应是指在材料中应用声波来控制光波的现象。
这种现象源于电光效应和声学的相互作用。
在晶体中，声音波通过应力作用引起晶体中的介电常数的变化，然后这种变化引起折射率的变化，进而改变的光的传播参数。
此外，光和声波作用也会在材料中产生热效应、电效应和电子扰动效应等。
声光效应因其在激光设备中有着广泛的应用而受到了广泛的关注。
激光干涉计是一种基于声光效应的激光仪器。
当声波通过晶体时，它会引起光的单频变化，使得信号在时间上被调制。
这种信号可以被记录并用于测量材料的形状、位移、波长等性质。
利用这种声光效应，激光干涉计已被广泛地用于光学测量学和精密制造领域。
晶体的声光效应还被用于激光肖特基慢波结构的制造中。
这种结构是一种重要的宽带励磁器件，用于产生微波和毫米波信号。
肖特基慢波结构由合成高介电常数的微结构组成。
在这种结构中，声波通过晶体时，它会调制晶体中的折射率，产生微波信号。
利用晶体的声光效应，肖特基慢波结构可以实现宽带性能和高功率输出，逐渐被用于星载通信和雷达系统。
此外，声光效应还可以用于晶体光声成像的制作。
光声成像是指利用声光效应将声波和光波结合起来进行成像的技术。
由于声波是有一个声波频率的集合，激光器以光的形式发出来的信号可以在晶体中产生相应的声波，并由其传播，当声波在晶体中传播时，它们会引起晶体的表面变形。
这种表面变形可以通过反射恢复成为光波，从而被探测到。
利用光声成像可以实现高分辨率、高对比度的三维成像，广泛应用于医学、工业和生物医学领域。
总之，声光效应在激光设备中具有着广泛的应用，从光学测量学到微波和毫米波通信、医学成像等等领域。
通过对晶体材料的声光效应的深入研究，可以创造更多新颖的激光设备和光电器件。
SO2000声光效应实验仪说明书正文
前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。
第1章 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，或者说是功率声光器件转角平台旋转手轮图2：转角平台图1：声光器件的结构声 波 前进方向信号源的负载。
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WGX-21晶体声光效应实验仪使用说明书天津市拓普仪器有限公司目录【概述】 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验装置及安装使用 (7)（一）、实验装置 (7)（二）、仪器技术参数 (12)（三）、安装和使用 (12)四、实验内容和步骤 (15)五、思考与讨论 (18)声光效应实验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。
本实验采用WGX-21型声光效应实验仪，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 光强分布测量仪等。
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。
5. ..模拟激光通讯实验。
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。
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。
本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。
()y k t S S s s -=ωsin 0()()y k t n n t y n s s -∆+=ωsin ,0()PS n 21∆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 （如图1）。
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折射率的变化 由下式决定：（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。
当声波在各向同性介质中传播时，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（2）当应变较小时，折射率作为y 和t 的函数可写作（3）()()()y k t y k t nL k L n k Lt y n k s s s s -Φ+∆Φ=-∆+==∆Φωδωsin sin ,00000式中，n 0为无超声波时的介质折射率，△n 为声波折射率变化的幅值，由（1）式可求出设光束垂直入射（k ⊥k S ）并通过厚度为L 的介质，则前后两点的相位差为（4）式中，k 0为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项△ф0为不存在超声波时光波在介质前后二点的相位差，第二项为超声波引起的附加相位差（相位调制），δф = k 0△n L 。
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。
设入射面上的光振动为E i =Ae i t ，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 衍射光叠加结果图1：声光衍射()()[]dye A E bb y k L t y n k t i ⎰---∝2200sin ,θω2Lx =()dy e e CeE y ik t y k i ti b bs s θωδωsin sin 022---Φ⎰=()()()[]()2/sin 2/sin sin 00θωωδk mk b B k mk b t m i m m s s s e J Cb E ---∞-∞=Φ=∑()tm i m s e E E ωω-=0()()[]()2/sin 2/sin sin 000θθδφk mk b k mk b m s s CbJ E --=s s m m k k m λλθ0sin ==写成一等式时，（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‘式中J m (α)为（第一类）m 阶贝塞耳函数，将（5）式展开并积分得（6）上式中与第m 级衍射有关的项为（7）（8）因为函数sin χ/χ在χ= 0 时取极大值，因此有衍射极大的方位角θm 由下式决定：（9） 式中，λ0为真空中光的波长，λS 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w m 为w m= w-mw s (10)可见，衍射光仍然是单色光，但发生了频移。
由于w>>w s ,这种频移是很小的。
第m 级衍射极大的强度I m 可用（7）式模数平方表示：()θθim m mia e a J e ∑∞-∞==sin)(20δφm J I =sm i m λλθ0sin sin +=(11) 式中，E *0为E 0的共轭复数，I 0=C 2b 2。
第m 级衍射极大的衍射效率ηm 定义为第m 级衍射光的强度与入射光强度之比。
由(11)式可知，ηm 正比于J 2m (δф)。
当m 为整数时，J - m (α)=(-1)m J m (α)。
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L ＜λS 2／2λ，则各级衍射极大的方位角θm 由下式决定(12)式中 i 为入射光波矢k 与超声波波面之间的夹角。
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相位光栅的作用。
当声光作用的距离满足L ＞2λS 2／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。
此时的有超声波存在的介质起体积光)(222*00δϕm m J b C E E I ==栅的作用。
可以证明，布喇格角满足S B i λλ2sin =[]H LP M S222sin λπη=(13)式中（13）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(14)式中，νS 为超声波波速，f S 为超声波频率，其它量的意义同前。
在布喇格衍射的情况下，一级衍射光的衍射效率为(15)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常数，M 2= n 6P 2/ρνS 3，ρ为介质密度，P 为光弹系数。
在布喇格衍射下，衍射光的频率也由（10）式决定。
理论上布喇格衍射的衍射效率可达到100%，喇曼-纳斯衍射中一级衍射光的最大衍射效率仅为34%，所以实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物理基础。
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。
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时的相同。
不过，各级衍射光不再是简单地产生频移的单色光，而是含有多个傅里叶分量的复合光。
三.实验装置及安装使用2B ss si f V λλλΦ=≈=（一）实验装置一套完整的声光效应实验仪配有：已安装在测角平台上的 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 ø12mm 的立杆，可以通过滑座安装在通用光具座上。
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3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。
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c f 。
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1/2）时两频率间的间隔为声光器件的带宽。
声光器件安装在一个金属盒内，置于测角平台上，见图4。
盒上有一插座，用于和功率信号源的声光插座相连。
金属盒两端各开一个小孔，激光分别从这两个孔射入和射出声光器件，不用时用贴纸封住以保护声光器件。
旋转测角平台的螺旋测微头可以微量转动测角平台，从而改变激光射入声光器件的角度。
声光器件 转角平台 转角平台旋转手轮 图4：转角平台吸声材料声光介质 压电换能器图3：声光器件的结构 声波前进方向 光波前进方2.功率信号源功率信号源专为声光效应实验配套，输出频率范围为80~120MHz,最大输出功率1W。
面板上的各输入/输出信号和表头含义如下：等幅/调幅：做基本的声光衍射实验时，要打在“等幅”位置，否则信号源无输出；做模拟通信实验时，要打在“调幅”位置。
调制：输入信号插座。
等幅/调幅开关处于“调幅”位置时，此位置接上“模拟通信发送器”，从“调制”端口输入一个TTL电平的数字信号，就可以对声功率进行幅度调制，频率范围0~20KHz。