大学物理实验实验33 声光效应
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。
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
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。
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。
实验3 声光效应实验报告
实验3 声光效应实验数据处理
2.声光偏转
①测量衍射光相对于入射光的偏转角φ与超声波频率f s的关系，即声光偏转关
根据公式
CCD
arctan
CCD CCD
φ
⨯
=
⨯
波峰在示波器的距离实际宽度
在示波器上的距离介质与的距离
可以算出偏
转角φ角的大小
s
f——φ曲线如下：
曲线拟合得：5482 5.332s f ϕ=+ 根据原理可得31.4910m/s s v =⨯
②在实验中我们固定功率为1W ，测量出的中心频率约为87.169MHz ，表中的强
由1级与0级衍射光的相对强度与超声波频率的关系曲线可确定中心频率为
089.75f MHz =，带宽为2(99.2389.75)18.96s f MHz ∇=-=
3.声光调制
在实验过程中测量的中心频率为87.169MHz ，因此在实验中将超声波频率调至
由曲线可知，1级衍射光的强度与超声波的功率也大致成线性关系
关系曲线为10.4 2.5S d P I =-。
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 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
两种类型，即喇曼-奈斯衍射和布拉格衍射。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
喇曼-奈斯衍射原理示意
布拉格衍射原理示意
实验内容与步骤
1．观察喇曼-奈斯衍射现象
按照实验原理出现了喇曼-奈斯型衍射现象后，使之 达到最佳状态。分别改变信号发生器的功率和频率， 观察衍射现象的变化，记录实验现象。
2．测量声光器件的衍射效率
在喇曼-奈斯衍射条件下，一级衍射光的效率为
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
仪器内置的扬声器收听变化的音调。
注意事项
1、高频超声信号源不得空载，即在开启实验仪电 源前，应先将“输出”端与声光器件相连，否则，容易 损坏超声信号源。 2、声光器件应小心轻放，不得冲击碰撞，否则将 可能损坏内部晶体而报废。 3、声光器件的通光面不得接触、擦拭、清洗，不
声 光 效 应
物理实验教学中心
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。
做实验时，通光孔可用不干胶纸封住，否则易损坏光学
增透膜，如有灰尘可用洗耳球吹去。
思考题
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?