声光效应实验报告长安大学.docxVIP

声光效应实验报告长安大学 　　November19　　声光效应实验报告　　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　　XX　　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ws，波长为λs，波矢为ks。入射光为沿х方向传播的平面波，其角　　1/10　　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　　1　　?n??n3PS0　　2　　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　　???k0n?y,t?L???0???sin??st?ksy?　　当光束斜入射时，如果声光作用的距离满足L＜λ　　2S　　／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　　??2iB?　　??0　　?f?snvss　　式中，νS为超声波波速，fS为超声波频率　　2/10　　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fs的关系。测出6—8组值，在课堂上用计算器作直线拟合求出φ和fs的相关系数。课后作φ和fs的关系曲线　　4.布喇格衍射下，固定超声波功率，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，并定出声光器件的带宽和中心频率。　　5.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，测出衍射光强度与超声波功率，并作出其声光调制关系曲线　　五、数据记录与处理　　CCD的长度是，在示波器上X轴显示的是个格子介质与CCD的距离约为26cm，激光的频率为??650nm1、求声光介质中行波频率fs与1级衍射光偏转角?的关系根据公式??arctan　　波峰在示波器的距离?CCD实际宽度　　可以　　算　　CCD在示波器上的距离?介质与CCD的距离　　3/10　　出偏转角?角的大小　　先大致判断声光介质中行波频率fs与1级衍射光偏转角?的关系是线性正相关的，因此用最小二乘法进行线性拟合。假设两者有　　f?a?b?的关系。　　列出误差方程　　vi?fi?型衍射；当超声波频率较低时，产生喇曼―奈斯型衍射。　　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L?2?2而且s，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　　2?ssin??　　?　　n　　(1)　　式中λ为光波的波长，固体介质的折射率为n。Bragg?s为声波的波长，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。而对于Raman-Nath衍射，满足条件sin???m　　?　　?s　　(2)　　时出现衍射极大。式中m为衍射级数。　　Raman-Nath衍射效率低于Bragg衍射效率。其中1级衍射光的