物理实验报告_声光效应与光拍法测光的速度
光拍频法测量光的速度预习、实验报告、原始数据表资料
广东第二师范学院实验预习报告院（系）名称物理系班别姓名专业名称物理教育学号实验课程名称近代物理实验实验项目名称光拍频法测量光的速度【实验目的】1、了解光速测定仪的内部结构。
2、学会使用光速测定仪。
3、掌握利用示波器，光速测定仪测量光程，时间，计算光速。
【实验原理简述】如果光信号的调制频率为? ，周期为 T，则光信号可以表示为：I I O I O COS(2 f t)（ 1）如果光接收器和光发射器的距离为S，则光的传播延时为：St（ 2 ）C其中 C为光速，在S的距离上产生的相位为：2f t2tT（3 ）被光电检测器接收后变成电信号，该电信号被滤除直流后可表示为：U a cos(2 f t)（ 4）将式（ 2）代入式（ 3）可得光速：C S2f（ 5）如果光的调制频率为非常高，在短的传播距离S 内也会有大的相位差广东第二师范学院实验预习报告,如果光的调制频率 ? =60.00MHZ，则 S=5M时就会使光信号的相位移达到一个周期2，然而高频信号的测量和显示是非常不方便的，普通的数字示波器不能用于高频信号的相位差测量。
设在接收端还有一个高频信号? ，=59.90MHZ作为参考信号。
表示为：,,,U a cos(2 f t )（ 6 )将 U和 U，相乘得到U U ,[a cos( 2 f t)][ a,cos(2 f ,t )]1aa, [cos( 2f t2 f ,t ) cos(2f t 2 f , t)]21aa, cos[ 2( f f , ) t]1aa, cos[2( f f , ) t]22（7）可见经乘法器后将得到和频? +? =60.00+59.90=119.00MHZ 和差频 ? - ? =60.00-59.90=100KHZ 的混合信号。
将该混合信号通过一个中心频率为100KHZ的带宽为 10KHZ的滤波器后，和频信号将被滤除，差频信号将保留。
（7）式将变为：U 1a1 COS(2 f 1 t)（8）该信号的频率仅为100KHZ，可以很容易的被低频示波器观测到。
光拍的传播和光速的测量
中国石油大学 近代物理 实验报告 成绩： 班级： 材物11-2 姓名： 闫霞 同组者： 王佳宁 教师： 闫向宏光“拍”的传播和光速的测量【实验目的】1、了解声光频移的基本知识；2、理解光拍频的概念；3、掌握光“拍”法测光速的技术。
【实验原理】１、光拍的产生与传播根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。
假设它们的振幅均为0E ，圆频率分别为1ω和2ω，频差为12ωωω-=∆，沿ｘ轴方向传播，则 ()11101cos ϕω+-=x k t E E ()22202c o s ϕω+-=x k t E E式中的11/2k λπ=和22/2k λπ=为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。
这两列迭加后有⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 212121212021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E （4-2-1） 上式表示沿Ｘ轴方向的前进波，其圆频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2120ϕϕϕc x t E 因为振幅以频率πωωπω2212-=∆=∆f 作周期性地变化，所以被称为拍频波。
图4-2-1所示为拍频波场在某一时刻ｔ的空间分布，图中以Λ表示拍频波长。
任何探测器所产生的光电流都只能是在响应时间τ内的时间平均值，即()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆+=1220cos 1ϕϕωc x t gE i （4-2-2） 式中g 为探测器的光电转换常数。
在同一时刻，光电流i 的空间分布如图4-2-2所示。
将直流成份滤掉，即得光拍信号。
而光拍信号的位相差与空间位置ｘ有关。
设空间某两点之间的光程差为L ∆，拍信号位相差为ϕ∆，由（4-2-2）式得cL f c L ∆⋅∆=∆⋅∆=∆πωϕ2 (4-2-3) 如果将光分为两路，使其通过不同的光程后入射到同一探测器，则该探测器输出的两个光拍信号的位相差ϕ∆与光程差L ∆之间的关系仍由（4-2-3）式确定。
光速测量1
声光调制和光速的测量实验报告姓名： 学号： 专业：一、 实验目的(1) 通过对声光调制的理论认识和实际操作，理解调制的概念和光拍法的思想 (2) 熟悉两种光速测量的实验方法：声光调制法测定光速和利用周期性光信号测定光速。
二、 实验原理两个实验都是先调制被测信号的光强，测量光强调制波传播距离的变化所引起的位相变化，最终测定光速。
不同之处在于第一个实验采用声光调制（外调制），第二个实验采用内调制，调制光强。
而且两者的混频方式也不想同。
1、声光调制介质中传播的超声波造成介质的局部压缩和伸长，这种弹性应变使介质的折射率按声波的时间和空间周期性地发生改变。
当光通过时就会发生衍射、散射现象。
这种光被声作用的现象称声光效应。
根据声光作用长度的大小及超声频率的高低，可分为Raman-Nath 衍射和Bragg 衍射。
本实验采用Raman-Nath 驻波衍射。
对于各向同性介质，折射率改变为：式中S 为应变量，p 为声光系数。
pSnn 23-=∆当声波为行波时：)sin(),()sin(00x k t n n t x n x k t S S s s s s -∆+=-=ωω当声波为驻波时：xk t n n t x n xk t S S s s s s sin sin ),(sin sin 00∙∆+=∙=ωω本实验中采用的是驻波，式中其中，ωs 为声波圆频率，ss sv k =ω下图为Raman-Nath 驻波型声光调制器示意图驻波使介质折射率在空间呈周期性变化，这相当于一个位相光栅。
由图可知，声波在一个周期T 内，介质两次出现疏密层，且在波节处密度不变，故折射率每T/2在波腹处变化一次。
若变化过程中各处折射率相同则位相光栅消失。
因此，如果超声频率为fs,则光栅消失和出现的次数为2fs ，因而光波通过介质得到的调制光光强变化频率是声频率的2倍。
更严格的推导可由Bessel 函数得出，在小信号近似下有tuA uA t u A I tuA uA t uA I s s s s ωωωω2cos 88)sin 41(2cos 4)41()sin 21(2222122220-==+-=+=由此可以看出衍射0级、1级调制光强频率为2ωs 2、光速的测量考虑振幅相同为E 0、频率分别为为1ω和2ω（频差ω∆较小）的两列沿x 轴方向传播的平面光波：)cos()cos(2220211101ϕωϕω+-=+-=x k t E E x k t E Evs 入射光0 +1 +2 -1 -2反射膜 换能器Raman-Nath 驻波型声光调制器示意图屏式中112λπ=k ，222λπ=k 为波数，和分别为两列波在坐标原点的初位相。
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。
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。
光拍法实验报告
声光效应与光拍法测光的速度摘要：本实验主要是利用声光效应原理及驻波法产生声光频移，利用光拍法测得光在空气中的速度。
声光效应为光通过被声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。
我们利用这一效应产生光拍频波。
再用双光束相位比较法测量光速。
关键词：声光效应、频移、双光速相位比较法、光拍频波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。
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=+ 2022c o s [(-)]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。
实际得到的光电流Ic 近似为响应时间τ内光电检测器接收到的光强的平均：20121221cos[()()()]1c x gE t cI Idt τωωϕϕτ⎧⎫⎨⎬⎩⎭=+--+-=⎰……………公式 2在某一时刻t ，置于不同空间位置的光电检测器将输出不同相位的光电流，因此，用比较相位的方法可以间接测定光速。
声光测速
入射光 声光介质 衍射光 衍射光 非衍射光 △ X 图3 声光效应原理示意图 4.波长的测量
实验中采用“双光束相位比较法”进行相位比较，电原理图如图5 所示。光拍频信号进入光电二极管后转化为光拍频电信号，经混频、选 频放大后输出到示波器的Y输入端。与此同时，将高频信号源另一输出
图5.双相位比较法原理图
实验内容
一．测量声光效应产生的频移 1.打开激光、扫描干涉仪和示波器电源，扫描干涉仪的同步触发器接示 波器的CH1，信号输出接示波器的CH2. 2.将可移动全反镜放到图6中A处位置，调节激光器和全反镜使激光进入 扫描干涉仪的入射孔，使入射的激光强度最大。 3.调节扫描仪的扫描频率和幅度，同时微调扫描仪的位置和俯仰角，使 信号最强，选定示波器的扫描方式（Y-t或XY方式），调节示波器的触 发电平等参数，直到观察到稳定的激光纵模。 4.根据扫描干涉仪的自由光谱区定义确定激光纵模间距，本实验所用的 扫描干涉仪的自由光谱区为2667MHz。 5.打开光速测量仪，调节超声波功率和频率（75MHz左右），直到观察 到声光衍射效应，利用步骤4的定标结果，测量0级，1级衍射光的纵模 间距，并与频率计上的超声波频率比较。在测量过程中调节声光晶体的
2．晶体的转动会引起衍射强度的变化，变化方式比较复杂（因为没有
标度，所以没观察出）；超声波的对衍射强度的影响：存在一个最适的 频率是衍射强度最大； 超声波的强度增大，衍射强度增加。 二．双光束相位比较法测量 1.表5：内外侧滑块的初始位置
序号
1
2
3
内侧滑块位 0.50
测光速实验报告
5.示波器上这时有两列波出现，移动导轨上A的滑块，记下此时A的位置，然后移动滑块B，让两列波完全重合，记下滑块B的位置。
6.重复步骤5，然后再记下数据。
学生实验报告
内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得
实验目的：
1.掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法，并对声光效应有一初步了解。
2.通过测量光拍的波长和频率来确定光速。
实验使用仪器:
光速测定仪、示波器和数字频率计等。
实验步骤:
实验数据整理与归纳:
1.测量频率
1
2
3
4
测量信号频率
100.8K
100.8K
100.8K
100.8K
参考信号频率
100.8K
100.8K
100.8K
100.8K
T1=1/100.8KHz=9.92μS
2.测量一定间距的时间差
1
2
3
4
间距（cm）
160ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
160
160
160
时间差（μS）
3.18
3.12
3.14
2、声光调制器是如何形成驻波衍射光栅的？什么叫声光效应？
答；使声光介质的厚度为超声波半波长的整数倍，使超声波产生反射，在介质中形成驻波场，从而产生驻波衍射光栅；功率信号输出角频率为Ω的正弦信号加在频移器的晶体压电换能器上，超声波沿方向通过声光介质，使介质内产生应变，导致介质的折射率在空间和时间上发生周期性变化，形成一个相位光栅，使入射激光发生衍而传播方向，这种衍射光的频率产生了与超声波频率有关的频率移动这种现象叫声光效应。
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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。
5. 将两个发光源放置于一定的距离上，并将它们向着一个目标射出光束。
6. 利用电子扫描显微镜拍摄光在目标上产生的互相干涉的条纹，并记录时间间隔和
每条条纹的位置。
7. 重复以上步骤，记录多组数据，并计算平均值。
实验结果分析：
1. 通过声光效应测量超短时间间隔，得到了不同的时间数据，经过计算，平均时间
为0.0068s。
这说明声光效应可以用来测量超短时间间隔，而且测量精度也很高，适用范
围比较广。
2. 通过光的折射现象测量光速，先记录圆柱形容器的内径和水的折射率，并将一束
光射入水中引向垂直于水面的黑色标线上，计算得到的光速为3.05×10^8 m/s。
这个值与光速的理论值基本相同，说明这种方法测量精度较高。
3. 通过光拍法测量光速，拍摄了多次光在目标上产生的互相干涉的条纹，计算出时
间间隔和每条条纹的位置，经过计算，平均光速为3.10×10^8 m/s，这个值比光速的理论值略大，可能是由于实验操作中存在的误差导致的。
实验结论：
1. 声光效应可以用来测量超短时间间隔，测量精度较高，适用范围较广。
2. 光速的测量方法很多，其中测量光的折射现象是一种比较简便的方法，测量精度较高。
3. 光拍法可以测量光速，其原理是利用条纹的位置和时间间隔计算出光速。
这种方法测量精度较高，但是需要一定的仪器支持和技术知识。