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fs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:
注:L是声光介质的光出射面到CCD线阵光敏面的距离。
则Φ-fs曲线为
根据表格计算可得:
测量衍射光相对于零级衍射光与超声波频率关系:
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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】
SO2000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。
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声光调制实验
一.实验目的
1.理解声光作用和声光调制器的基本原理.
2.掌握及调制出布拉格衍射.
3.观察交流信号及音频信号调制特性.
二.实验仪器
可调半导体激光、声光晶体盒、声光调制电源及滑座和旋转平台.
三.实验原理
1.声光互作用
声光互作用效应是当超声波传到声光介质内,声光介质发生形变,导致介质的光学性能产生改变,即介质的折射率发生变化的现象。在超声波的作用下,声光介质的光学折射率发生空间周期性的变化,相当于介质内形成了一个折射率光栅,当激光通过介质是发生衍射。声光衍射使光波在通过介质后的光学特性发生改变,即光波的传播方向,强度,相位,频率发生了改变。
2.声光器件的基本原理
声光调制的工作原理:声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波的一种物理过程。调制信号是以信号( 调辐) 形式作用于电- 声换能器上,电- 声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场,当光波通声光介质时,由于声光作用,使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。分拉曼—纳斯型声光调制器和布拉格声光调制器。拉曼—纳斯型声光调制器特点:工作声源频率低于 10MHz只限于低频工作,带宽较小。布拉格声光调制器特点:衍射效率高,调制带宽较宽。其中调制带宽是声光调制器的一个重要参量,它是衡量能否无畸变地传输信息的一个重要指标,它受布拉格带宽的限制。对于给定入射角和波长的光波,只有一个确定的频率和波矢的声波才能满足布拉格条件。当采用有限的发散光束和声波场时,波束的有限角将会扩展,因此,在一个有限的声频范围内才能产生布拉格衍射。
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声 光 效 应 的 研 究
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声光衍射实验
引言
20世纪初,布里渊曾预言:有压缩波存在的液体,当光束沿垂直于压缩波传播方向以一定角度通过时,将产生类似于光栅产生的衍射现象。布里渊的预言,不久被实验所证实。后来,人们不仅在液体中,而且在透明固体中也发现了这种现象。利用压电换能器在透明固体中激发超声波,让光通过,观察到了超声波中的光衍射现象。激光器出现之后,这种实验变得异常简单。自那时起到现在,人们对声光衍射现象作了大量的实验和理论研究。归结起来,声光衍射的实验测量主要包括两方面的内容:1.光学测量(测量衍射光强、衍射角、衍射光的偏振方向、衍射光的频率与入射光强、入射角、入射光的波K、驱动源频率、驱动功率、声光互作用介质的关系);2.电输特性测量(行波器件的电输入特性与声光互作用介质、压电换能器、匹配网络的关系;驻波器件的电输入特性与声光互作用介质、压电换能器、匹配网络的关系)。
驻波声光调制器的工作原理
声波是一种弹性波(纵向应力波),在介质中传播时,它使介质产生相应的弹性形变,从而激起介质中各质点沿声波的传播方向振动,引起介质的密度呈疏密相间的交替变化,因此,介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”,该光栅间距(光栅常数)等于声波波长。当光波通过此介质时,就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。
声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。图1所示为某一瞬间超声行波的情况,其中深色部分表示介质受到压缩、密度增大,相应的折射率也增大,
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声光衍射实验
【实验任务】测量声波在液体里的传播速度
【可用仪器和器材】激光器、声光衍射仪,钢卷尺,游标卡尺,温度
计,观察屏及液槽。
【知识点及预习要求】
1. 了解声波的传播条件及传播形式。
2. 什么叫声光衍射及超声光栅?了解产生声光衍射的原理。
3. 理解声光栅的衍射方程 。
4. 实验中声波是怎样产生的,怎样获得声波的频率,其速度如何得到?
5. 如何安排实验光路即实验器材的摆放要求。
6. 如何调整实验器材以达到最佳的衍射效果。
7. 声波在水里的传播速度与水的温度有关系吗?
8. 了解实验中的注意事项。
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声光衍射法测定液体中的声速实验指导
1 实验目的
1)了解声光相互作用原理,观察声光衍射现象;
2)培养学生运用计算机进行综合物理实验的能力;
3)学会使用超声光栅测量液体中的声速。
2 实验相关仪器
半导体激光器(650nm)、水槽、换能器、SLD-2声光衍射仪、500型科学工作室接口、CI6538旋转位移传感器、光具座、CI6504A型光传感器、计算机。
3 实验内容和教学要求
3.1实验内容
1) 仪器的正确调节与使用。
2) 观察声光衍射现象及声光衍射光强度分布曲线。
3) 测量并记录实验中的相关数据。
4) 正确撰写相关实验报告。
3.2教学要求
1) 了解声光相互作用原理,观察声光衍射现象。
2) 理解超声光栅形成过程、掌握超声波在水中传播速度的测量方法。
3) 用Pasco重复8次以上测量?2级以上明纹间距离D±2,单次测量衍射距离L及
超声波频率f。
4) 正确记录实验相关数据,经任课教师检查签名后,方可关闭电源、整理仪器。
5) 利用相关公式计算超声波在该液体中的传播速度及不确定度。
4 重点与难点
1) 水槽、光传感器、二维调节架的调节。
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电子科学与技术101班 唐衣可俊 2010031039
一、实验原理
声光调Q是利用光的衍射效应实现调Q的。利用光的衍射现象,使光束偏离,达到声光调Q的目的。
一束光通过由声控的相位光栅时,就会发生衍射,这就是声光效应。在激光器的光学谐振腔中,放入一个声光调制器,当有超声场作用在调制器上时,由于声光效应,激光束就会发生衍射,偏离谐振腔,从而使激光停止振荡。当超声波消失后,损耗消失,形成振荡,产生巨脉冲输出,完成超声调Q作用。
图4-1 布拉格衍射
在激光器中采用声光调Q技术,主要是利用布拉格衍射型。因为当超声波的功率足够时,这种衍射可使入射光全部转移到+1或-1级上,且有较高的转换效率。布拉格衍射现象见图4-1。在采取布拉格衍射时,入射角称为布拉格角,其满足下式:
(4-2)
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