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。我们期待进一步探索和发展这一领域，为人类带来更多的惊喜和创新。
课程名称：普通物理实验 专业班号：应物091 组别： 2 姓名：赵汝双学号： 3090831033 实验名称： 超声光栅测液体中的声速 实验目的 1. 了解超声光栅产生的原理。 2. 了解声波如何对光信号进行调制 3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。 实验原理 1. 超声光栅 光波在介质中传播时被超声衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。 超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。此时如有平行单色光沿垂直超声波方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射，这一作用，类似于光栅，所以叫超声光栅。 超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件下前进波与反射波可以形成驻波。由于驻波小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间的的疏密程度，某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。 在这些驻波中，稀疏区使液体的折射率减小，而压缩作用使液体折射率增加，在距离等于波长Ａ的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图（１）所示。 令狐采学 成绩 实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：
图（１） ２．超声光栅册液体中的声速 如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。 图２ 实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生 周期性变化如图２(a)，即 02(,)sin()s z t Z A πρρρω=+∆- （１－１） 式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ∆是密度变化的幅度。因此介质的折射率随之发生相应变化，即 02(,)sin()s n z t n n Z A π ω=+∆- （１－２） 式中：0n 为平均折射率，n ∆为折射率变化的幅度。考虑到光在液体中的传播速度()远大于声波的传播速度()，可以认为在液体中，由超声波所形成的疏密周期性分布，在光波通过液体的这段时间内是不随时间改变的，因此，液体的折射率仅随位置z 而改变如图２（ｂ），即 z A n n z n )2sin( )(π ∆--。 （１－ ３） 由于液体的折射率在空间有这样的周期分布，当光束沿垂
测光速实验报告 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: 1.观察实验装置，打开光速测定仪，示波器，数字频率计电开关。 2.调节高频信号的输出频率（15MHZ左右），使产生二级以上最强衍射光 斑。 3.用斩光器挡住远程光，调节全反射镜和半反镜，使近程光沿光电二极管前透镜的光轴入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器上应有与近程光束相应的经分频的光拍波形出现。 4.用斩光器挡住近程光，调节半反镜、全反镜和正交反射镜组，经半反射镜与近程光同路入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器屏上应有与远程光光束相应的经分频的光拍波形出现。 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。 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） 160 160 160 160 时间差（μS） 3.18 3.12 3.14 3.08 △t1=(3.18+3.12+3.14+3.08)/4=3.13 3.计算光速 c=(△s/△t1) ?T1 ?f=(1.6/3.1310-6)9.9210-660106=3.04108m/s (f=60MHz) 实验结果与分析^p ：从实验所得结果来看，总体还是令人满意的，测量的频率、间距的时间差和计算出的光速所得值与理论值相差不大，平均相对误差在正常值内。
竭诚为您提供优质文档/双击可除晶体声光调制实验报告 篇一：实验十三晶体声光效应与声光调制实验 实验十三晶体声光效应与声光调制实验 当光波通过受到超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象被称为声光效应，它是光波与介质中声波相互作用的结果。声光效应可以用于控制激光束的频率、方向和强度，利用声光效应制成的各种声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信息处理和集成光通信技术等方面有着重要的应用。 一、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.了解声光效应在新技术中的应用； 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。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—奈斯型衍射和布拉格型衍射。 1.喇曼－奈斯衍射 当超声波频率较低、声光相互作用距离较小时，即 ?2 l?s20 平面光波沿z轴入射，就相当于通过一个相位光 栅，将产生喇曼－奈斯衍射，如图2所示。 根据相关理论可以证明以下结论： （1）各级衍射角θ满足下列关系： sin??m??0（1） s 其中，λ0为入射激光波长，λs为超声波波长，m=0，±1，±2，±3，?。 （2）各级衍射光强与入射光强之比为：
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。
()PS n 2 1? ()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 。可见，当平面光波入射在介质的前界面上时，超声波使出射光波的波阵面变为周期变化的皱折波面，从而改变了出射光的传播特征，使光产生衍射。 3 21PS n n -=?()L t y n k ,0=?Φ 图9：声光衍射
西安理工大学实验报告 课程名称： 普通物理实验 专业班号： 应物091 组别： 2 姓名： 赵汝双 学号： 3090831033 实验名称： 超声光栅测液体中的声速 实验目的 1. 了解超声光栅产生的原理。 2. 了解声波如何对光信号进行调制 3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概 念的理解。 实验原理 1. 超声光栅 光波在介质中传播时被超声衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。 超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。此时如有平行单色光沿垂直超声波方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射，这一作用，类似于光栅，所以叫超声光栅。 超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件下前进波与反射波可以形成驻波。由于驻波小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间的的疏密程度，某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。 在这些驻波中，稀疏区使液体的折射率减小，而压缩作用使液体折射率增加，在距离等于波长Ａ的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图（１）所示。 实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：
图（１） ２．超声光栅册液体中的声速 如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于 超声波传播方向( 方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。 图２ 实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生 周期性变化如图２(a)，即 02(,)sin()s z t Z A π ρρρω=+∆- （１－１） 式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ∆是密度变化的幅度。因此介质的折射率随之发生相应变化，即
铁电薄膜铁电性能表征 131120161 李晓曦一、引言 铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。 铁电体特点是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场 E 之间形成电滞回线。自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体中每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。铁电现象第一次发现是在1920年，由瓦拉赛尔发现外场可以使罗西盐的极化方向反转，但是铁电现象直到40年代初才得以被广泛研究。如今铁电现象因为其独特性质得到了广泛的应用，而本实验就是为了初步探究本现象的物理性质。本实验测量了铁电材料的电滞回线，并且改变电压测量了不同电压下的图像和矫顽力等数值。作者又进一步对此现象进行了初步探究，研究了其相关机理。 二、实验目的
1、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。 2、了解非挥发铁电随机读取存储器的工作原理及性能表征。 三、实验原理 1、铁电体的特点 （1）电滞回线 铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图1,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于B点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大(BC)段。如果趋于饱和后电场减小，极化将循CBD段曲线减小，以致当电场达到零时，晶体仍保留在宏观极化状态，线段OD表示的极化称为剩余极化Pr。将线段CB外推到与极化轴相交于E，则线段OE 为饱和自发极化Ps。如果电场反向，极化将随之降低并改变方向，直到电场等于某一值时，极化又将趋于饱和。这一过程如曲线DFG所示，OF所代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场Ec。电场在正负饱和度之间循环一周时，极化与电场的关系如曲线CBDFGHC所示此曲线称为电滞回线。
声光效应实验 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 kl P 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 2 1 ( )PS n η?=?= 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 3 01sin()sin()2 n n PS kx t kx t μ?= -Ω=-Ω ()sin()n x n n n kx t μ=+?=+-Ω 其中3 012 n 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，0 λ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。这就是得广播阵面由原先的平面变为周期性的位相绉折，这就改变了光的传播方向，也就产生了所谓的衍射。与此同时，光强分布在时间和空间上又做重新分配，也就是衍射光强受到了声调制。 (二) 声光光偏转和光平移 从量子力学的观点考虑光偏转和光频移 问题十分方便。把入射单色平面光波近似看作光子和声子。声光相互作用可以归结为光子和声子的弹性碰撞，这种碰撞应当遵守动量守恒和能量守恒定律，前者导致光偏转，后者导致光频移。这种碰撞存在着两种可能的情况——即声子的吸收过程和声子的受激发射过程，在声子吸收的情况下，每产生一个衍射光子，需要吸收一个声子。在声子受激发射的情况下，一个入射声子激发一个散射光子和另一个与之具有相同动量和能量的声子的发射。 d i k k k ±=± d i ωω±=±Ω 声光效应可划分为正常声光效应和反常声光效应两种。 1、入射光和衍射光处于相同的偏振状态，相应的折射率相同，成为正常声光效应。
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。 3.拉曼—纳斯衍射和布拉格衍射 （1）布拉格衍射 当声波频率较高，声波作用长度较大，而且光束与声波波面间以一定的角斜入射时，光波在介质中要穿过多个声波面，故介质具有“体光栅”的性质。当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0 级和+1 级或（-1 级）（视入射光的方向而定）衍射光，即产生布拉格衍射。因此，若能合理选择参数，并使超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到+1 级（或-1 级）衍射极值。因而光束能量可以得到充分利用，所以，利用布拉格衍射效应制成的声光器件可以获得较高的效率。
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：
声光效应实验报告十一月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10 5 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。 图 1 声光衍
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 30 1 2 n 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 ＜λS 2 ／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 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 02B s s s i f nv λ λ λΦ=≈=
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 2n s λ θλ= 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。而对于Raman-Nath 衍射，满足条件 )2(sin s m λλ θ±= 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级衍射光的衍射效率01I I 最大不超过35%，但这种衍射没有Bragg 条件的限制，
. . . .. .. . 嘉应学院物理学院近代物理实验 实验报告 实验工程：光拍频法测量光的速度 实验地点： 班级： 姓名： 座号： 实验时间：年月日 一、实验目的：
1. 了解声光效应的应用。 2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。 二、实验仪器和用具： GSY ─IV 型光速测定仪，XJ17型通用示波器，E324型数字频率计等。 三、实验原理： 根据振动振动迭加原理，两列速度一样，振面和传播方向一样，频差又较小的简谐波迭加形成拍。 假设有两列振幅一样〔只是为了简化讨论〕，角频率分别为1ω 和2ω 的简谐波沿χ方向传播。)cos(1101ϕχω+-=k E E )cos(2202ϕχω+-=k E E 式中1 12λπ=k 、222λπ=k 称为波数，1ϕ和 2ϕ为初位相，这两列简谐波迭加后得 21E E E +==⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+•⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 22cos 2212121210ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E 式中可见，E 是以角频率为22 1ωω+，振幅为 ⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 221210ϕϕωωc x t E 的前进波。注意到其振幅是以角频率22 1ωωω-=∆随时间作周期性缓慢变化，所以称E 为拍频波。 光拍信号的位相与空间位置有关。处在不同空间位置的光电检测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。 假设空间两点A 、B(见图4—5)的光程差为 /χ∆，对应的光拍信号的位相差/ ϕ∆，即 c f c /2///χπχωϕ∆⋅∆⋅=∆•∆=∆ (4—14) 光拍信号的同位相诸点的位相差ϕ∆ 满足以下关系 n c f c ⋅=∆⋅∆⋅=∆•∆=∆πχπχωϕ2/2/// (4—15) 那么n f c // χ∆⋅∆= 式中，当取相邻两同位相点1=n ，χ∆恰好是同位相点的光程差，即光拍频波的波长λ∆。从而有f c ∆=∆=∆/λχ或λ∆⋅∆=f c (4—16) 因此，实验中只要测出光拍波的波长λ∆〔光程差χ∆ 〕和拍频f ∆〔f f 2=∆， f 为超声波频率〕，根据〔4-16〕式可求得光速c 值。 四、实验步骤：
实验设计说明书题目：利用超声光栅测液体中的声速 院部：理工科基础教学部 专业班级：物理学（创新实验班）1班 学生姓名：某某某 学号： *****XXX 实验日期： 2013年5月21日
超声光栅测液体中的声速 人耳能听到的声波，其频率在16Hz 到20kHz 范围内。超过20Hz 的机械波称为超声波。光通过受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。利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。 一、实验目的 （1）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。 （2）测定超声波在液体中的传播速度。 （3）了解超声波的产生方法。 二、 仪器用具 分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。 三、 实验原理 将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。 正文： 光声效应的发现无疑是物理学两大分支的又一次融合，利用超声光栅测量液体中的声速就是这一物理现象的应用。此次实验的仪器包括超声光栅池、超声仪、分光计、测微目镜以及光源。 由于声波是纵波，所以当超声波在液体（本实验用的是水）传播时，声波的振动会引起液体密度空间分布的周期性变化（如右图），进而导致液体的折射率亦呈周期性分布（如右图）。如果在某一时间t 0，液体密度的空间函数为： ()0s 02sin x t x π ρρρωλ⎛⎫ =+∆- ⋅ ⎪⎝ ⎭ ① 其中，0ρ是液体的静态密度，ρ∆是密度的变化幅度，s ω是超声波的角频率，λ是超声波长，x 是超声波的传播方向，也是密度变化的空间方向；此时，折射率 的空间函数为：()0s 02sin n x n n t x πωλ⎛ ⎫=+∆- ⋅ ⎪⎝ ⎭ ②，其中0n 为液体的静态折射率
光拍频法测量光速度实验报告 评定 教师 签名 嘉应学院物理学院近代物理实验 实验报告 实验项目：光拍频法测量光的速度 实验地点： 班级： 姓名： 座号： 实验时间：年月日 一、实验目的： 1. 了解声光效应的应用。 2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。 二、实验仪器和用具： GSY─IV型光速测定仪，XJ17型通用示波器，E324型数字频率计等。 三、实验原理： 根据振动振动迭加原理，两列速度相同，振面和传播方向相同，频差又较小的简谐波迭加形成拍。 假设有两列振幅相同（只是为了简化讨论），角频率分别为和的简谐波沿方向传播。式中、称为波数，和为初位相，这两列简谐波迭加后得 = 式中可见，E是以角频率为，振幅为的前进波。注意到其振幅是以角频率随时间作周期性缓慢变化，所以称E为拍频波。
光拍信号的位相与空间位置有关。处在不同空间位置的光电检测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。 假设空间两点A、B(见图4—5)的光程差为，对应的光拍信号的位相差，即 (4—14) 光拍信号的同位相诸点的位相差满足下列关系 (4—15) 则 式中，当取相邻两同位相点，恰好是同位相点的光程差，即光拍频波的波长。从而有或(4—16) 因此，实验中只要测出光拍波的波长（光程差）和拍频（，为超声波频率），根据（4-16）式可求得光速c值。 四、实验步骤： 本实验利用声光调调制测量He─Ne激光(=632.8nm)在空气中的传播速度c。并求测量标准偏差。与公认值比较，求百分误差。 1、实验装置的调试 按图5-36-4（b）联接好所用仪器的线路，高频信号源的信号输出端接频率计FA，打开频率计开关，频率旋钮置于100Hz，扫频时间置于0.01s，打开高频（超声波）信号源，分频器y轴输出端接示波器的y轴输入端，x轴输出端接示器x外触发(或EXT)。 接通激光光源的开关，调节工作电流至4~5mA(或小于4mA)，以最大激光光强输出为准，预热15分钟，使激光输出稳定，并调节激光束与装置导轨平行。 打开示波器电源开关，y轴增幅旋至2V/diV，x轴扫描时间旋至 0.5μs/diV，示波器右下四个旋钮分别置于：自动、+、内、AC。 ①②(a)同相①②(b)有位相差 ① ② (a)同相
光信息专业实验报告：光调制与光信模拟实验 一、实验目的 1. 学习电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用。 2. 了解光通信系统的结构。 二、光调制基本原理 常用的光调制方式主要有电光调制、声光调制和磁光调制，分别是利用电光效应、声光效应和磁光效应来实现对光的调制的。 1. 电光调制器件工作原理 光学介质的电光效应是指，当介质受到外电场作用时，其折射率将随外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，介质的光学特性由原来的各向同性变为各向异性。 目前已发现两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels）效应，即折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例；另一种是克尔（Kerr）效应，即折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例。利用泡克耳斯效应制成的调制器成为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。利用克尔效应制成的调制器称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。泡克耳斯盒有纵向调制器和横向调制器两种。 我们实验中使用的是电光晶体为DKDP（磷酸二氘钾）的纵向调制泡克耳斯盒。不给泡克尔斯盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过起偏器P后变为振动方向平行于P光轴的平面偏振光。通过泡克耳斯盒时，其偏振方向不变，到达检偏器Q时，因光的振动方向垂直于Q光轴而被阻挡，所以Q 没有光输出；给泡克耳斯盒加电压时，由于电光效应，盒中介质将具有单轴晶体的光学特性，光轴与电场方向平行。此时，通过泡克耳斯盒的平面偏振光的振动方向将被改变，从而产生了与Q光轴方向平行的分量，即Q有光输出。Q输出光的强弱与盒中介质的性质、几何尺寸、外加电压大小有关。对于结构已确定的泡耳克斯盒来说，若外加电压是周期性变化的，则Q的光输出也是周期性变化的，由此实现对光的调制。
声光效应试验研究 介质中传输超声波会造成介质局部压缩和伸长。因为弹性应变而使介质折射率或介电常数发生改变, 当光经过介质时就会发生衍射现象, 称之为声光效应。因为声光效应, 衍射光强度、频率、方向等都伴随超声波场而改变。其中衍射光偏转角随超声波频率改变现象称为声光偏转; 衍射光强度随超声波功率改变现象称为声光调制。 早在19世纪30年代就开始了声光衍射试验研究。60年代激光器问世为声光现象研究提供了理想光源, 促进了声光效应理论和应用研究快速发展。声光效应为控制激光束频率、方向和强度提供了一个有效手段。利用声光效应制成声光器件, 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关键应用。 【试验目】 1．了解声光相互作用原理。 2．了解喇曼－纳斯衍射和布喇格衍射试验条件和特点。 3．经过对声光器件衍射效率、中心频率和带宽测量加深对其概念了解 4．测量声光偏转和声光调制曲线。 【试验仪器】 SO声光效应试验仪
【试验原理】 当超声波在介质中传输时, 将引发介质弹性应变作时间和空间上周期性改变, 而且造成介质折射率也发生对应改变。当光束经过有超声波介质后就会产生衍射现象, 这就是声光效应。有超声波传输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－光相互作用不造成入射光偏振状态改变, 产生正常声光效应。在各项异性介质中, 声－光相互作用可能造成入射光偏振状态改变, 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基础。正常声光效应可用喇曼－纳斯光栅假设作出解释, 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－光相互作用统一理 论, 而且利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。本试验只包含到各项同性介质中正常声光效应。 设声光介质中超声行波是沿y 方向传输平面纵波, 其角频率为ωs , 波长为λs 波矢为k s 。入射光为沿x 方向传输平面波, 其角频率为ω, 在介质中波长为λ, 波矢为k 。介质内弹性应变也以行波形式随声波一起传输。因为光速大约是声速10 5
竭诚为您提供优质文档/双击可除光栅特性与超声光栅实验报告 篇一：大学物理实验报告系列之超声光栅 大学物理实验报告 篇二：实验报告-光栅特性的研究 实验报告 姓名：班级：学号：实验成绩： 同组姓名：实验日期：20XX-9-16指导老师：助教28批阅日期：光栅特性的研究 【实验目的】 1．进一步熟悉光学测角仪的调整和使用 2.测量光栅的特性参数。 3.掌握Rc、RL串联电路的幅频特性和相频特性的测量方法。 4.从测定钠灯和汞灯光谱在可见光范围内几条谱线的波长过程中，观测和研究光栅的衍射现象。
【实验原理】 1.光栅衍射 有大量等宽间隔的平行狭缝构成的光学元件 成为光栅．设光栅的总缝数为n，缝宽为a，缝间 不透光部分为b，则缝距d=a+b，称为光栅常 数．按夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行光垂 直入射到光栅平面上时，通过不同的缝，光要发 生干涉，但同时，每条缝又都要发生衍射，且n 条缝的n套衍射条纹通过透镜后将完全重合．如图1所示，当衍射角θ满足光栅方程dsinθ=kλ（k=0、±1、±2、…）时，任两缝所发出的两束光都干涉相长，形成细而亮的主极大明条纹． 2．光栅光谱 单色光经过光栅衍射后形成各级主 极大的细亮线称为这种单色光的光栅衍 射谱．如果用复色光照射，由光栅方程 可知不同波长的同一级谱线（零级除外） 的角位置是不同的，并按波长由短到长 的次序自中央向外侧依次分开排列，每 一干涉级次都有这样的一组谱线．在较 高级次时，各级谱线可能相互重叠．光 栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为光栅光谱．
评定光栅好坏的标志是角色散率和光栅的分辨本领． 若入射光束不是垂直入射至光栅平面（图2），则光栅的衍射光谱的分布规律将有所变化．理论指出：当入射角为i 时，光栅方程变为 【实验数据记录、实验结果计算】 1、白色条纹角度：25720’7721’ 2、绿光 绿光的测量数据 2、蓝光 蓝光的测量数据 3、紫光 紫光的测量数据 4、黄光1 黄光1的测量数据 4、黄光2 黄光2的测量数据 篇三：超声光栅实验 TeAcheRsguIDebooK 仪器使用说明 FD-ug-A 超声光栅实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司
铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性 实验报告
调研报告 一、文献综述 1.背景： 铁电材料是指具有自发极化，而且在外加电场下，自发极化发生转向的电介质材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料由于其铁电性、介电性、压电性、热释电效应、热电效应、电光性质等特性，而广泛应用于各个领域(见下表1),如在通讯系统、微电子学、光电子学、集成光学和非机械学等领域有着重要的或潜在的应用,从而引起国内外学者的广泛研究。 表1.铁电薄膜材料的应用 性质主要叁件 介电性电容器，动态随机存取存储器(DRAM) 压电性声表面波(SAW)器件、微型压电马达、微型压电骡动器 热科电性热释电探测罂及阵列 铁电性铁电HI机存取存储器(FRAM)、铁电场效应管 电光效应光调制嘱，光波导 声光效应声光偏转器 光折交效应光注制器.光全息存储器 非线性光学效应光学倍频器 铁电薄膜材料根据成分可分为三大类，包括锯酸盐系、钛酸盐系、铝酸盐系，其中典型铁电材料有:钛酸钢(BaTiO3)、磷酸二氢钾(KH2Po4)等，然而BaTi03是一种强介电化合物材料，它具有很高的介电常数和较低的介电损耗，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，它被称作“电子陶瓷工业的支柱”。同时该材料是最早研究的钙钛矿结构的铁电材料，因此通过对该材料的学习、制备和性能的检测，对铁电材料领域的相关知识的了解有着重要的意义。前人们对钛酸钢的制备和性能有着很多的研究，FI前对钛酸钢材料的研究已经往微型化发展，制备成铁电薄膜材料，同时研究不同的制备方法、元素掺杂等对钛酸钢薄膜材料性能的影响，在这基础上，研究外界条件(外加磁场等)对铁电薄膜材料的物理调控，渐渐的利用其性质应用于器件中(光伏器件、电容器等)。 2.制备方法与结构性质： 结构性质：电介质材料按其晶体对称性可分为32种点群，在这32种晶体学点群中，有21种不具有对称中心，其中20种呈现压电效应。而这20种压电性晶体中的10种具有受热而自发极化现象，因其是受热而引起电极化状态的改变，故这10种晶体又称为热释电晶体。热释电效应只发生在非中心对称并具有极性的晶体中。 铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发
铁电薄膜铁电特性的表征 吕光鑫 匡亚明学院141242003 实验目的 1. 了解什么晁联电休汁卜么是跑祈何找及浜测量除理和力・袪. 瓷『解那用舱飲ill 融机 谟啦殍怖歸豹JL 作总理茂性陡农泄" 实验原理 L 按曲師特点 （D 电诩回蜒 欣电体韵槻化随外电场的变化而变仏但电场较型时我化口电场之间呈前戲性矣孔昏 电场作书下 斷畤厲核长从圖壁楼动冯疑极化转向住电场從剝时我化线性地依純干电场 （Jtffl IX £ 3加段）•此时可逆的两鳖移动成対不可逆的.橇化阻电扬的增加叱线吐段快: 当电砒到相直于H 点值瞅总犠化帕童有折增川BC 動井起于fefr,如里趟于楂和訓 场减小+檢化榔稠（7JD 與曲线SE 小J 久致岂巾场达到零时•晶怖仍惺周布宏观械化狀东■线理 PD 农乐的概化称対擱兪楼ItPM 氏rmwiMitpolaridon 人 蔣纯段（B 外推剖弓楼亿轴相交 ” E 用战段CE 为饱和自发扱化尸注如果电糯反向点化耕甌之降低井改变方向•直到电场 等「苴 熾IM*融化乂欝趋」•忸和。这 过用皿曲域DFG 所示+DF 附札表的电场宦便按化 竽于序的电场+称为蟒瑜场E （Covvn.he field ）•电场在正负帼和悄之间循环一周时.機化弓 电场的黃束如曲就CBDFGHC #示.此曲段轄为电和阿tVHyslgii 1啊人 胞莆冋纯对以用图0 21的装胃显示岀来（这証咅名的Sa 営T>W 电鬲几以磯陀晶休 作介就的电容E 上的电压匕肚加即不敲器的水平电槻板上为与C 申联一牛恒定电即 韩通电蓉 g 上的电圧V ；期杞示波器的建直电機板上•很容易证期卩丫与铁屯体的眾化强度 尸礦止https://www.doczj.com/doc/9619176192.html,l 血母波器显示的用慢•纵坐林*砥P 的变化・而檀坐林叭P 加花铁电怀上外电 场苗减圧比個丽就町直接观测到FE 的电滯回纯* 下面址期「f1> V 为止叱盂埶国 成屮4为閨中卩源「們和顿申川『一*于话划钗:业休的介■电常故代•内真空的介电常垂3沖 平板电毎G 的面积詛切T 行¥板问竝离*代入<10,2-1 >式醫: P=t （（ — l>F^e tE —« jfE 对F ■法电杠》1*故 仃心1近IUT 式.代Atm? 2）5<- |A| E 与t\祁Ji 常数.故V”与P 锻止比 <10.2-2） （10.2-JJ
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