近代物理实验七 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。
声光效应物理实验报告
声光效应实验研究介质中传播的超声波会造成介质的局部压缩和伸长。
由于弹性应变而使介质的折射率或介电常数发生改变，当光通过介质时就会发生衍射现象，称之为声光效应。
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。
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。
【实验目的】1.了解声光相互作用的原理。
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。
【实验仪器】S02000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。
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。
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3，波长为入波矢为k。
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November 19 2011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，其角图 1 声光衍频率为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。
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 n PS ∆=-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 ＜λS2 ／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2B ss s i f nv λλλΦ=≈=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。
声光效应
由于机械波是向前传播的，衍射时光将发生多普勒频移。对于±1级布喇格衍射，ωd=ωi±Ω，式中ωi、 ωd和Ω分别为入射光、衍射光和机械波的圆频率。改变电信号的频率f=Ω/2π，即可改变衍射光的频率。
例如入射光具有复杂的光谱成分(即包括许多不同波长的光)，当θi一定时，λf为常数。相对地改变电信号 频率f，波长不同的光将相应地分别被衍射取出。
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为机械波 在介质中的速率。由此知不同的波长对应不同的偏转角φ=2θB，所以可以通过改变机械波波长实现偏转。
布拉格一级衍射效率为：η1=I1/Ii=sin2((π/λ)(LM2Ps/2H)1/2)，其中Ps为机械波功率，M2为材料的品 质因素，L、H分别表示换能器的长和宽。由此知当功率改变时，η1也随之改变，因而可实现调制。
声光效应
发生散射或衍射的现象
01 简介
03 研究历史 05 基本理论
目录ห้องสมุดไป่ตู้
02 相关名词 04 实验 06 应用
机械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。当光通过这一受到机械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。是研究光通过机械波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。由于弹光效应，当纵波以行波形 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，并随机械波一起传播，当激光通过此介质时，就会 发生光的衍射。
研究历史
1922年，L.N.布里渊在理论上预言了衍射；1932年P。J。W。德拜和F。W。席尔斯以及R。卢卡斯和P。比夸 特分别观察到了衍射现象。从1966年到1976年期间，衍射理论、新材料及高性能器件的设计和制造工艺都得到迅 速发展。1970年，实现了表面波对导光波的衍射，并研制成功表面（或薄膜）器件。1976年后，随着技术的发展， 信号处理已成为光信号处理的一个分支。
声光效应试验研究
近代物理实验复习提纲近代物理实验复习以基本概念为主，如什么是塞曼效应、磁阻效应、声光效应、光电效应、声光偏转、声光调制等。
另外，一些实验的简单原理也应要求掌握，如密立根测油滴实验、光速测定实验、夫兰克-赫兹实验、全息照相实验、光电效应实验等。
其他则了解一些相关实验现象和实验规律，如粘滞系数随温度的变化关系等。
以下每个实验提纲仅供参考！一、电子衍射实验1．由布拉格方程计算电子的波长。
2．德布罗意假设的内容？如何证明德布罗意假设的正确性。
二、夫兰克——赫兹实验1．简述夫兰克赫兹实验的原理及实验目的。
2．解释阳极电流随栅极电压变化曲线，如何测定第一激发电势？3．了解常见元素的第一激发电势。
三、光电效应的研究1．光电效应的内容及公式。
2．实验中电流为零的点所对应的电压是否为要测的遏制电压？为什么？（注意暗电流、本底电流、反向电流的影响）3．零电流法测遏止电势的条件。
四、钨的逸出功的测定1．求加速电场为零时的阴极发射电流I，需要在曲线图上用外延图解法，而不能直接测量当阳极电压为零时阴极的电流，为什么？五、塞曼效应1．塞曼效应实验的分裂谱线中，σ成分和π成分各有什么特点？2．调节F-P标准具，如果眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来，应如何调节？六、传感器综合实验1．相敏检波器，参考电压对输入输出波形相位的影响？2．当相敏检波器的输入与开关信号相同时，输出是什么极性的什么波？如正弦波七、小型冰箱制冷功率的测定1．简述制冷原理，分析热力学过程。
2．为什么测量时一定要使被冷却液温度充分稳定后才记录数据？八、光速测定1．本实验测量光速的原理。
2．如何测量调制波的波长。
3．本实验测量光速还存在哪些误差？如何改进？（提示：距离和相位的测量方面）九、密立根油滴实验1．实验测油滴带电量的基本原理。
2．为什么向油雾室喷油时要使两极板短路？3．对同一颗油滴进行多次测量时，为什么平衡电压必须逐次调整？十、变温粘滞系数的研究1．样品粘滞系数随温度变化曲线。
物理实验报告_声光效应与光拍法测光的速度
物理实验报告_声光效应与光拍法测光的速度实验目的：1. 了解声光效应的基本现象和原理；2. 学习用声光效应测量超短时间间隔的方法；3. 了解光的速度的测量方法；4. 学会用光拍法测量光的速度。
实验原理：1. 声光效应的基本原理：当一个物体以比声速更大的速度运动时，在其前进方向上会产生压力波，即激发出横波和纵波，这种现象称为激波。
激波是一种能量传递和物质传递的物理现象。
当激波遇见某些物体的表面时，会激起产生物体振动，这种现象就是声光效应。
2. 声光效应的应用：利用声光效应可以测量微小时间间隔。
由于声音在空气中的速度与温度、湿度等因素有关，因此不能用来精确地测量时间。
但是，由于光速恒定，因此可以用声光效应来测量超短时间间隔，这是一种精度较高的方法。
3. 光速的测量方法：利用光的折射现象可以测定光的速度。
测定光速的最简单方法是将一束光射入水中，用透明的圆柱形容器将光束引向垂直于水面的黑色标线上，然后根据圆柱形容器的内径和水的折射率计算光速。
4. 光拍法的原理：利用光拍法可以测量光的速度。
该方法需要两个发光源，并将它们放置在一定的距离上，在一定的时间间隔内，它们向着一个目标射出光束。
当两束光到达目标后，它们会在目标上产生一些互相干涉的条纹，利用条纹的位置与时间间隔，可以计算出光的速度。
实验器材：1. 放大声光放置装置；2. 铝制矩形试样；3. 随时器；4. 透明的圆柱形容器；5. 黑色标线；6. 电子扫描显微镜；7. 两个发光源；8. 两个光学棒；9. 相机和三脚架。
实验步骤和记录：1. 将铝制矩形试样置于放大声光放置装置上，滑动可调节的小轮，使得矩形试样以高速运动。
2. 打开随时器，开始计时，当矩形试样运动到一定位置时，触发放大声光放置装置，使其发生声光效应并记录时间。
3. 重复以上步骤，记录多组数据，并计算平均值。
4. 将透明的圆柱形容器注满水，并将光束引向垂直于水面的黑色标线上，记录圆柱形容器的内径和水的折射率。
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。
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(大学近代物理实验)
6、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 ）,并作出其其相对声光调制曲线（近似地 用功率信号源的板流标征）； 7、测定布喇格衍射下的最大衍射效率，衍射率
，其中， I0为未发生声光衍射时“0级光” 的强度， I1为发生声光衍射后1级光的强度。
I1 B I0
实验总结
仪器不给力，调节需耐心；
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； 在观察和测量以前，应将整个光学系统调至共轴； 选用布拉格衍射测量是因为布拉格衍射效率高； 中心频率附近多测几组数据，方便作图。
谢谢观看~~~
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栅的作用。可 以证明，布喇格角满足 ： 一级衍射光的衍射效率为
siniB 2S
布喇格条件
si n
2
0
M 2 LPS 2H
PS：超声波功率
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:
声光效应有正常声光效应和反常 声光效应之分。 正常声光衍射有喇曼—纳斯衍射 和布喇格衍射。
声光衍射
实验原理 喇曼—纳斯衍射
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ws，波长为λs，波矢为 ks。 入射光为沿х方向传播的平面波，在介质中 波长为λ，波矢为k。 第m级衍射极大强度：
声光效应
10物理学 学号 姓名
实验目的
了解声光效应的原理 了解喇曼—纳斯衍射和布喇格衍 射的实验条件和特点 通过衍射效率，中心频率和带宽 等的测量，加深对其概念的理解 测量声光偏转和声光调制曲线
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。
声光效应与光拍法测光的速度
声摘要：本实验通过利用声光效应原理及驻波法产生声光频移，利用光拍法测量光速，同时观察了超声波的频率、声光晶体的转角对衍射现象的影响。
在本实验中在超声波频率为Ω=75.055MHz 下侧得的光速大小为c=3.117*10^8m/s关键词：声光效应、频移、双光速相位比较法、光拍频波、驻波法一、 引言光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测量和特性研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。
由于光速的数值很大，光波的波长很小，其测量面临着一系列问题。
直到1960年出现激光后，用激光得到现在认为最精确光速值c=(299 792 458±1)m/s 。
声光效应在光信号处理和集成光通讯方面有重要应用。
本实验利用声光效应可以产生光拍频波，最后通过对光拍频波光强信号的检测可以间接地测得光速。
二、 实验原理2.1 光拍频波根据波的叠加原理,两束传播方向相同,频率相差很小的简谐波相叠加即形成拍。
对于振幅都为E0，圆频率分别为ω1和ω2，且沿相同方向（假设为沿x 方向)传播的两束单色光1011cos[(-)]x E E t c ωφ=+ 2022cos[(-)]xE E t c ωφ=+它们的叠加为：121212121202cos[()()]cos[()()]2222x xE E E E t t c c ωωϕϕωωϕϕ--++=+=-+⨯-+当ω1＞ω2,且Δω=ω1-ω2较小时，合成光波是带有低频调制的高频波，振幅为121202cos[(-)()]22xE t c ωωϕϕ--+，角频率为122ωω+，振幅以122f ωωπ-∆=频率周期性地缓慢地变化。
（如图1）图1 拍的形成 图2、Ic 在某个时刻的空间分布2.2 拍频信号的检测在实验中我们用光电检测器接受光信号，光电检测器所产生的光电流与接受到的光强成正比： 2I gE =……………………………………………………公式 1式中g 为光电转换系数。
近代物理实验报告—声光效应与光拍法测光速
近代物理实验报告—声光效应与光拍法测光速声光效应与光拍法测光速摘要：实验通过扫描干涉仪测量了激光的纵模间距及由声光效应产生的0级衍射和一级衍射劈裂；根据声光效应原理采用驻波法产生拍频波, 利用双光束相位比较法测量光速。
关键词：光速、声光效应、光拍频波、双光束相位比较法一、引言光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。
1607年加伽利略做了世界上第一个测量光速的实验，虽然未能获得确定的结果,但实验的设计思想为后来实验测量光速提供了有益的启示。
1849年斐索成功地在地球范围内对光速进行了测量，他是第一个证明光速可以在实验中测得的人。
1850年傅科用旋转镜法使光源的像产生位移测得光速2.98×10m/s，使光学实验技术产生了重大突破。
此后，测量光速的方法经历了一系列重大改进,所有这些方法都获得了数值相近的光速值。
19xx年激光出现以后，英国国立物理实验室和美国国家标准局在19xx年最先用激光测量了光速，其不确定度达10。
19xx年6月，国际计量局米定义咨询委员会推荐了新的光速值为c=(299 792 458?1)m/s。
-98这是当前公认的最精确的光速值。
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。
本实验采用光拍法测定光速，实验目的是了解声光效应的原理及驻波法产生光频移的实验条件和特点，掌握光拍法测量光速的技术。
二、实验原理1、光拍频波根据波的叠加原理,两束传播方向相同,偏振方向相同，频率相差很小的简谐波相叠加即形成拍。
对于振幅都为E0,，圆频率分别为?1和?2,且沿相同方向(假设为沿x方向)传播的两束单色光xE1?E0cos[?1(t?)??1] （1） cxE2?E0cos[?2(t?)??2] （2） c两式叠加后有E=E1+E2=2E0cos[?1??22(t-22?+?xx)+1)]?cos[1(t-)+12)]（3） c22c2- 1 -图1 光拍频波的形成当?1??2,且1??2较小时,合成光波是带有低频调制的高频波,振幅为2E0cos[?1??22(t-222x)+(1)],角频率为1,由于振幅以频率?f?1周期性地缓慢地变c222?化, 我们将之称为光拍频波，?f称为拍频。
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。
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(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 。
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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。
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透明塑料盒内，置于转角平台上，见图2。
盒上有一插座，用于和声光器转角平台转角平台旋转手轮图2：转角平台吸声材料声光介质压电换能器图1：声光器件的结构声 波 前进方向 光波前进方功率信号源的声光插座相连。
透明塑料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。
旋转转角平台的旋转手轮可以转动转角平台，从而改变激光射入声光器件的角度。
2．功率信号源SO2000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。
调制波的解调可用光电池加放大电路组成的“光电池盒”来实现。
具体方法是，移去CCD光强分布测量仪，安置上“光电池盒”，“光电池盒”再与“模拟通信接收器”相连。
将1级衍射光对准“光电池盒”上的小孔，适当调节半导体激光器的功率，就可以用喇叭或示波器还原调制波的信号，进行模拟通信实验。
模拟通信收发器的介绍见下文。
声光：输出信号插座。
用于连接声光器件，将功率信号源的电信号传入声光器件，经压电换能器转换为声波后注入声光介质。
测频：输出信号插座。
接频率计，用于测量功率信号源输出信号的频率。
频率旋钮：用于改变功率信号源的输出信号的频率，可调范围80~120MHz。
逆时针到底是80MHz，顺时针到底是120MHz。
功率旋钮：用于调节功率信号源的输出功率，逆时针减小，顺时针变大。
面板上的毫安表读数作功率指示用，读数值×10约等于功率毫瓦数。
*使用时，为保证声光器件的安全，不要长时间处于功率最大位置！3．CCD光强分布测量仪：其核心是线阵CCD器件。
CCD器件是一种可以电扫描的光电二极管列阵，有面阵（二维）和线阵（一维）之分。
LM601/501 CCD光强仪所用的是线阵CCD器件，性能参数如下表。
LM601/501 CCD光强仪机壳尺寸为150mm×100mm×50mm，CCD器件的光敏面至光强仪前面板距离为4.5mm。
LM601/501 CCD光强仪后面板各插孔标记含义如下，其输出波形见图3：“同步”：Q9头，示波器型用。
启动CCD器件扫描的触发脉冲，主要供示波器触发用。
“同步”的含意是“同步扫描”，与示波器的触发端口相连。
“信号”：Q9头，示波器型用。
CCD 器件接受的空间光强分布信号的模拟电压输出端，与示波器的某一路信号端口相连。
DB9插头：微机型用，连至USB100计算机数据采集盒。
4．USB100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LM601/501 CCD 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的CCD 光强仪的型号有关，在11μm ~14μm 之间。
采集盒对计算机要求不高，586最小配置，有USB 接口就可以了。
相应的工作软件在另文中介绍。
5． 模拟通信收发器（选购件，如未购，则此部分可略过不看）模拟通信收发器由三件仪器组成：模拟通信发送器、模拟通信接收器和光电池盒。
a) 模拟通信发送器的各接口及开关描述如下:调制：输出信号插座。
当功率信号源的等幅/调幅开关处于“调幅”位置时（即做模拟通信实验时），此位置接上功率信号源的调制插座，即向功率信号源输出TTL 电平的数字调制信号用于对声功率进行幅度调制。
示波器：如果要在双踪示波器上对比观察本模拟通信实验中发送和接收到的音乐TTL 电平20ms0v5v信号 信号光强环境光强401 : 1024×14μm 501 : 2048×14μm 601 : 2592×11μm 801 : 5360×7μm5v0信号光强（扫描基线）采样同步图3： LM 601 CCD 光强仪波形图f l - f H声光偏转测量0级αf声光调制测量0级 1级IPaI 1I 0 I 2 图4：示波器上的实验波形及描绘出的曲线的数字信号,则此插座接示波器的一路通道，并作为触发信号；模拟通信接收器的示波器插座接示波器的另一路通道。
喇叭开关：用于选择是否监听发送器送出的音乐TTL信号。
选曲开关：发送器可以送出的音乐TTL信号有两首乐曲，用此开关选择。
b)模拟通信接收器的各接口描述如下：光电池：接光电池盒。
示波器：如果要在双踪示波器上对比观察本模拟通信实验中发送和接收到的音乐TTL电平的数字信号,则此插座接示波器的一路通道；模拟通信发送器的示波器插座接示波器的另一路通道，并作为触发信号。
音量旋钮：调节模拟通信接收器还原出来的音乐TTL信号的音量大小。
c)光电池盒取代LM601 CCD光强分布测量仪，与模拟通信接收器的光电池插座连接并向模拟通信接收器传送接收到的带调制信号的衍射光信号。
6．半导体激光器半导体激光器输出光强稳定，功率可调，寿命长。
在后面板上有一只调节激光强度的电位器，在盒顶和盒侧各有一只做X-Y方向微调的手轮。
性能参数见激光器外壳上的铭牌。
7．光具座0.8M长，配3只马鞍座，其中一只可横、纵向移动，一般用于安置CCD光强仪或光电池盒用。
SO2000的各部件的底端都有螺口用以旋入直径为10mm的立杆，拧紧后插入各马鞍座里，旋紧马鞍座的立杆旋钮，再将马鞍座置于光具座上，待各部件位置调节好后，旋紧马鞍座侧面的旋钮即可完成固定。
8．示波器和频率计声光效应实验只需一台单踪示波器即可，而模拟通信实验需要一台双踪示波器。
频率计的量程需大于150MHz。
二、安装和使用SO2000声光效应实验仪可完成基本声光效应实验和在此基础上的声光模拟通信实验，这两种实验的安装、连线分别介绍如下。
ξ2-1声光效应实验安装图如图5所示。
本实验中需用到下列电线或电缆：1．光强分布测量仪到示波器：同型号2根，每根均为双Q9插头。
这两根线中，一根连接光强分布测量仪的“信号”和示波器的测量输入通道，另一根连接光强分布测量仪的“同步”和示波器的外触发同步通道。
2．光强分布测量仪到USB100采集盒（微机）：1根，两端是DB15（15芯）和DB9（9芯）插头。
用它连接USB采集盒和CCD光强仪，再用USB线将USB采集盒与计算机相连；3．功率信号源到转角平台上的声光器件：1根。
其一头为Q9插头，连接声光器件，一头为莲花插头，连接功率信号源的“声光”插座，此时，功率信号源要打在“等幅”上；当使用模拟通信收发器时，要打在“调幅”上。
使用过程如下：1．完成安装后，开启除功率信号源之外的各部件的电源；2．仔细调节光路，使半导体激光器射出的光束准确地由声光器件外塑料盒的小孔射入、穿过声光介质、由另一端的小孔射出，照射到CCD采集窗口上，这时衍射尚未产生（声光器件尽量靠近激光器）；3．用示波器测量时，将光强仪的“信号”插孔接至示波器的Y轴，电压档置0.1~1V/格档，扫描频率一般置2ms/格档；光强仪的“同步”插孔接至示波器的外触发端口，极性为“+”。
适当调节“触发电平”，在示波器上可以看到一个稳定的类似图4所示的单峰波形；用计算机测量时，连接USB采集盒和CCD光强仪，再用USB线将USB采集盒与计算机相连。
启动工作软件即可采集、处理实验波形和数据；4．如在示波器顶端只有一直线而看不到波形，这是CCD器件已饱和所致。
可试着减弱环境光强、减小激光器的输出功率，问题就可得以解决；5．如果在示波器上看到的波形不怎么光滑，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来解决这个问题；6．得到满意的波形后，打开功率信号源的电源；7．微调转角平台旋钮，改变激光束的入射角，可获得布喇格衍射或喇曼-纳斯衍射。
本实验的声光器件是为布喇格衍射条件设计制造的，并不满足喇曼-纳斯衍射条件。
如有条件，最好另配一套中心频率为10MHz左右的声光器件和功率信号源，专门研究喇曼-纳斯衍射。
这里为降低成本，本实验只对喇曼-纳斯衍射作定性观察；8．实际调节时，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；9．在布喇格衍射条件下，将功率信号源的功率旋钮置于中间值，固定，旋转频率旋钮而改变信号频率，0级光与1级光之间的衍射角随信号频率的变化而变化。