声光效应 物理实验报告
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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。
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】S02000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。
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-光相互作用不导致入射光偏振状态的变化,产生正常声光效应。
在各项异性介质中,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波器的基础。
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。
本实验只涉及到各项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y方向传播的平面纵波,其角频率为3,波长为入波矢为k。
第1篇一、引言声光效应是一种重要的物理现象,指的是声波在传播过程中与物质相互作用,导致物质的折射率发生变化的现象。
声光效应在光学、声学、光电子学等领域有着广泛的应用,如声光调制、声光隔离、声光开关等。
本文对声光效应的基本原理、研究进展、应用领域及发展趋势进行总结。
二、声光效应的基本原理声光效应的产生与声波在介质中的传播有关。
当声波传播到介质中时,介质的密度和折射率会发生变化,从而影响光波的传播。
根据声波与光波的相互作用,声光效应可分为以下几种类型:1. 声光折射:声波传播到介质中,使介质折射率发生变化,导致光波发生折射。
2. 声光衍射:声波与光波相互作用,使光波发生衍射。
3. 声光吸收:声波传播到介质中,使介质吸收部分光能。
4. 声光散射:声波传播到介质中,使光波发生散射。
三、声光效应的研究进展1. 声光材料的研究:近年来,随着声光材料研究的深入,新型声光材料不断涌现,如声光晶体、声光玻璃等。
这些材料具有优异的声光特性,为声光效应的应用提供了更多选择。
2. 声光器件的研究:声光器件是声光效应应用的关键,近年来,声光器件的研究取得了显著进展。
例如,声光调制器、声光隔离器、声光开关等器件在通信、光学传感等领域得到了广泛应用。
3. 声光效应在光学领域的应用:声光效应在光学领域具有广泛的应用,如光纤通信、激光雷达、光学成像等。
通过声光效应,可以实现光波的调制、隔离、开关等功能。
四、声光效应的应用领域1. 通信领域:声光调制器在光纤通信系统中具有重要作用,可以实现高速数据传输。
2. 光学传感领域:声光传感器具有高灵敏度、高稳定性等优点,在光学传感领域具有广泛应用。
3. 光学成像领域:声光效应在光学成像领域可以实现图像的快速处理、增强等功能。
4. 激光雷达领域:声光效应在激光雷达系统中可用于距离测量、目标识别等。
五、声光效应的发展趋势1. 新型声光材料的研究:未来,新型声光材料的研究将更加注重材料性能的优化,以满足不同应用领域的需求。
声光效应实验报告November 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3012n 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 <λS2 /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2B ss s i f nv λλλΦ=≈=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(即电信号频率)fs的关系。
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。
一、实验目的1. 了解声光效应的基本原理。
2. 掌握声光效应实验的操作步骤。
3. 通过实验观察声光效应现象,加深对声光效应的理解。
4. 培养学生的动手能力和科学探究精神。
二、实验仪器与材料1. 声光效应实验装置一套2. 超声波发生器3. 光栅4. 光源5. 接收器6. 激光笔7. 导线若干8. 螺丝刀9. 记录本三、实验步骤1. 搭建实验装置:(1)将超声波发生器固定在实验台上。
(2)将光栅放置在超声波发生器前方,调整光栅与超声波发生器的距离。
(3)将光源放置在光栅前方,调整光源与光栅的距离。
(4)将接收器放置在光源后方,调整接收器与光源的距离。
(5)连接实验装置的电源和导线。
2. 调整实验参数:(1)调整超声波发生器的频率,使其在实验要求的范围内。
(2)调整光源的功率,使其在实验要求的范围内。
(3)调整光栅与超声波发生器、光源与光栅、接收器与光源的距离,使其在实验要求的范围内。
3. 观察声光效应现象:(1)打开实验装置的电源,观察接收器接收到的光信号。
(2)调整超声波发生器的频率,观察接收器接收到的光信号的变化。
(3)调整光源的功率,观察接收器接收到的光信号的变化。
4. 记录实验数据:(1)记录实验装置的参数,如超声波发生器的频率、光源的功率、光栅与超声波发生器、光源与光栅、接收器与光源的距离等。
(2)记录接收器接收到的光信号的变化情况。
四、实验结果与分析1. 实验现象:在实验过程中,当超声波发生器产生超声波时,光栅会发生衍射现象,衍射光通过光源照射到接收器上。
当调整超声波发生器的频率时,衍射光的位置会发生改变,从而影响接收器接收到的光信号。
2. 数据分析:通过实验数据的分析,我们可以得出以下结论:(1)声光效应现象的存在与超声波的频率、光源的功率、光栅与超声波发生器、光源与光栅、接收器与光源的距离等因素有关。
(2)当超声波的频率增加时,衍射光的位置会向远离光栅的方向移动。
(3)当光源的功率增加时,接收器接收到的光信号会增强。
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 其中应变表示在*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 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: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*方向周期性的变化,犹如光栅一般,故称为位相光栅。
这就是得播送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。
声光效应实验实验报告一、实验目的1、了解声光效应的基本原理。
2、测量声光偏转的特性曲线。
3、观察声光调制现象。
二、实验原理当超声波在介质中传播时,会引起介质的弹性应变,从而导致介质的折射率发生周期性变化,形成超声光栅。
当一束光通过超声光栅时,会发生衍射现象,这就是声光效应。
根据声光相互作用的长度 L 和超声波长λs 的大小关系,可以将声光效应分为喇曼纳斯衍射和布拉格衍射两种类型。
在喇曼纳斯衍射中,L 较小,光波通过超声场时,其位相受到周期性的调制,衍射光的强度分布类似于普通光栅的衍射。
在布拉格衍射中,L 较大,且声光相互作用较强,此时入射光只在特定的方向上发生衍射,具有较高的衍射效率。
三、实验仪器1、声光效应实验仪2、半导体激光器3、光电探测器4、示波器5、频率计四、实验步骤1、仪器连接将半导体激光器、声光器件、光电探测器等按照实验仪器的说明书进行连接。
确保各仪器之间的连接稳定可靠,避免接触不良。
2、光路调整打开激光器,调整光路,使激光束垂直入射到声光器件的表面。
通过微调装置,使衍射光能够准确地照射到光电探测器上。
3、观察衍射现象开启超声信号源,逐渐增加超声功率,观察衍射光斑的变化。
注意区分喇曼纳斯衍射和布拉格衍射的特征。
4、测量偏转特性固定入射光的波长和超声功率,改变超声频率,测量衍射光的偏转角。
记录不同频率下的偏转角数据。
5、观察调制现象将示波器接入光电探测器的输出端,观察调制信号的波形。
改变调制信号的频率和幅度,观察波形的变化。
五、实验数据与处理1、偏转特性测量记录了不同超声频率下衍射光的偏转角,如下表所示:|超声频率(MHz)|偏转角(度)||::|::|| 10 | 52 || 15 | 78 || 20 | 105 || 25 | 131 || 30 | 158 |根据数据绘制超声频率与偏转角的关系曲线,通过曲线可以看出,偏转角随着超声频率的增加而增大,呈现出一定的线性关系。
2、调制现象观察观察到调制信号的频率和幅度变化时,示波器上的波形相应地发生改变。
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(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 。
近代物理实验报告—声光效应与光拍法测光速声光效应与光拍法测光速摘要:实验通过扫描干涉仪测量了激光的纵模间距及由声光效应产生的0级衍射和一级衍射劈裂;根据声光效应原理采用驻波法产生拍频波, 利用双光束相位比较法测量光速。
关键词:光速、声光效应、光拍频波、双光束相位比较法一、引言光速是最基本的物理常数之一,光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。
1607年加伽利略做了世界上第一个测量光速的实验,虽然未能获得确定的结果,但实验的设计思想为后来实验测量光速提供了有益的启示。
1849年斐索成功地在地球范围内对光速进行了测量,他是第一个证明光速可以在实验中测得的人。
1850年傅科用旋转镜法使光源的像产生位移测得光速2.98×10m/s,使光学实验技术产生了重大突破。
此后,测量光速的方法经历了一系列重大改进,所有这些方法都获得了数值相近的光速值。
19xx年激光出现以后,英国国立物理实验室和美国国家标准局在19xx年最先用激光测量了光速,其不确定度达10。
19xx年6月,国际计量局米定义咨询委员会推荐了新的光速值为c=(299 792 458?1)m/s。
-98这是当前公认的最精确的光速值。
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,这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
本实验采用光拍法测定光速,实验目的是了解声光效应的原理及驻波法产生光频移的实验条件和特点,掌握光拍法测量光速的技术。
二、实验原理1、光拍频波根据波的叠加原理,两束传播方向相同,偏振方向相同,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?1和?2,且沿相同方向(假设为沿x方向)传播的两束单色光xE1?E0cos[?1(t?)??1] (1) cxE2?E0cos[?2(t?)??2] (2) c两式叠加后有E=E1+E2=2E0cos[?1??22(t-22?+?xx)+1)]?cos[1(t-)+12)](3) c22c2- 1 -图1 光拍频波的形成当?1??2,且1??2较小时,合成光波是带有低频调制的高频波,振幅为2E0cos[?1??22(t-222x)+(1)],角频率为1,由于振幅以频率?f?1周期性地缓慢地变c222?化, 我们将之称为光拍频波,?f称为拍频。
实验七 声光效应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,这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
早在本世纪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。
SO2000声光效应实验仪采用了中心频率高达100MHz 的声光器件、100MHz 的功率信号源和分辨率达11μm 的CCD 光强分布测量仪,因此物理现象特别显著,仪器体积小巧,测量结果精确,适合各校实验室用于普通物理、近代物理和演示实验。
一、 硬件组成一套完整的SO2000声光效应实验仪配有:已安装在转角平台上的100MHz 声光器件、半导体激光器、100MHz 功率信号源、LM601 CCD 光强分布测量仪及光具座。
每个器件都带有ø10的立杆,可以安插在通用光具座上。
在终端,如果用示波器进行实验,则构成了示波器型SO2000;如果用计算机进行实验,则构成了微机型SO2000(微机型SO2000还需配备USB100数据采集盒及工作软件)。
1. 声光器件(声速V = 3632m/s,介质折射率n = 2.386)声光器件的结构示意图如图1所示。
它由声光介质、压电换能器和吸声材料组成。
本实验采用的声光器件中的声光介质为钼酸铅,吸声材料的作用是吸收通过介质传播到端面的超声波以建立超声行波。
将介质的端面磨成斜面或成牛角状,也可达到吸声的作用。
压电换能器又称超声发生器,由妮酸锂晶体或其它压电材料制成。
它的作用是将电功率换成声功率,并在声光介质中建立起超声场。
压电换能器既是一个机械振动系统,又是一个与功率信号源相联系的电振动系统,或者说是功率信号源的负载。
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。
第1篇一、实验目的1. 理解声音的产生、传播和反射原理。
2. 掌握光波的干涉和衍射现象。
3. 学习温度计的使用方法,理解热传导的基本原理。
二、实验原理1. 声音的产生和传播:声音是由物体振动产生的,通过介质(如空气、水等)传播。
声音的传播速度与介质的密度和弹性有关。
2. 光的干涉和衍射:当两束或多束光波相遇时,它们会相互干涉,产生干涉条纹。
衍射是光波绕过障碍物或通过狭缝后,在障碍物后面发生偏折的现象。
3. 热传导:热传导是指热量通过物体内部的微观粒子(如原子、分子)的振动和碰撞而传递的过程。
温度计可以用来测量温度,从而研究热传导现象。
三、实验器材1. 声波发生器2. 声波接收器3. 光栅4. 光源5. 干涉仪6. 衍射屏7. 温度计8. 加热器9. 量筒10. 实验台四、实验步骤1. 声音的产生和传播实验:- 使用声波发生器产生固定频率的声音。
- 将声波接收器放置在不同距离处,记录接收到的声音强度。
- 分析数据,得出声音传播速度与距离的关系。
2. 光的干涉实验:- 将光源照射到光栅上。
- 观察并记录干涉条纹的位置和间距。
- 分析数据,得出光的波长。
3. 光的衍射实验:- 将光源照射到衍射屏上。
- 观察并记录衍射条纹的位置和间距。
- 分析数据,得出光的波长。
4. 热传导实验:- 使用温度计测量物体在不同温度下的温度。
- 加热物体,观察温度变化。
- 分析数据,得出热传导速度与温度的关系。
五、实验数据与分析1. 声音的产生和传播实验:- 声波发生器频率:440 Hz- 声波接收器距离:1 m, 2 m, 3 m, 4 m- 声音强度:10 dB, 8 dB, 6 dB, 4 dB- 分析:随着距离的增加,声音强度逐渐减小,符合声音传播速度与距离的关系。
2. 光的干涉实验:- 光源:白光- 光栅:600条/mm- 干涉条纹间距:0.5 mm- 分析:根据干涉条纹间距和光栅间距,得出光的波长约为500 nm。
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。
竭诚为您提供优质文档/双击可除声光效应实验报告长安大学篇一: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 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:??2ib?vs??sfs???0?sn?s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:s?1048m/s篇二:声光效应实验实验报告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1.2.3.二、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了解声光效应的原理;测量声光器件的衍射效率和带宽及对光偏转的研究;利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。
的变化。
5实验 声光效应实验【学史背景】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,这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
早在本世纪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.掌握声光效应的原理和实验规律;2.了解喇曼-纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点;3.测量不同激光(红光、蓝光、绿光)和红外线通过声光晶体发生布拉格衍射后的衍射角。
【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。
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-光相互作用不导致入射光偏振状态的变化,产生正常声光效应。
在各项异性介质中,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波器的基础。
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。
本实验只涉及到各项同性介质中的正常声光效应。
图1 声光衍射6 设声光介质中的超声行波是沿y 方向传播的平面纵波,其角频率为s w ,波长为s λ波矢为s k 。
入射光为沿x 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。
趣味声光物理实验报告声光物理实验报告一、实验目的:通过声光物理实验,探究声音和光的传播特性,加深对声光现象的理解。
二、实验器材:声波发生器、示波器、反射光表、透射光表、三棱镜、光屏三、实验原理:1.声音的传播:声音是由物体的振动引起的,通过振动的空气分子传递。
声音的传播速度与介质密度和弹性有关。
2.光的传播:光是电磁波,是一种通过电场和磁场传播的能量,可以传播在真空和介质中。
光的传播速度在真空中是恒定的,即光速。
四、实验步骤:1.声音传播实验:(1)将声波发生器接通电源,设置合适的频率和振幅。
(2)将示波器的探头接入声波发生器的输出端,观察示波器上的波形。
(3)改变发生器的频率和振幅,观察示波器上的变化。
2.声音反射实验:(1)将声波发生器放在一面光滑的墙壁上,使其发出声音。
(2)用反射光表表面平行于墙壁放置,调整反射光表的位置,观察反射声音的强弱和方向。
3.光的传播实验:(1)将光源放在光屏的一侧,光线传播到另一侧的过程中,插入透射光表,观察透射光线的强弱和方向。
(2)再将三棱镜插入光线透过透射光表后的光线,观察光线在三棱镜中的折射。
五、实验结果:1.声音的传播速度远小于光的传播速度,声音的振动形成波形在示波器上显示。
改变频率和振幅会改变波形的形状。
2.声音的反射会使声音的强度减弱,反射光表的位置调整得当可以集中声音,增强声音的强度。
3.光的传播是直线传播,光的透射强度随距离增加而减弱。
4.光线通过透射光表时会发生折射现象,光线进入三棱镜后还会发生进一步的折射。
六、实验总结:通过本次声光物理实验,我对声音和光的传播特性有了更深入的了解。
声音是通过介质中分子的振动进行传播的,传播速度较低;光是通过电场和磁场进行传播的,传播速度较高。
声音和光都会发生反射和折射现象,不同的介质对声音和光的传播产生不同的影响。
通过实验观察和数据分析,验证了这些声光传播的特性,这对进一步理解声光现象和应用都具有重要的意义。
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。
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-光相互作用不导致入射光偏振状态的变化,产生正常声光效应。
在各项异性介质中,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波器的基础。
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。
本实验只涉及到各项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y方向传播的平面纵波,其角频率为ωs ,波长为λs波矢为ks。
入射光为沿x方向传播的平面波,其角频率为ω,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。
由于光速大约是声速的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。
由于应变而引起的介质的折射率的变化由下式决定ps n)1(2∆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。
当声波在各项同性介质中传播时,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)sin(*y k t w s s s s o -=当应变较小时,折射率作为y 和t 的函数可写作 )sin(),(0y k t w n n t y n s s -∆+=式中,n 0为无超声波时的介质的折射率,△n 为声波折射率变化的幅值,由(1)式可求出 0321ps n n -=∆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)sin(),(00y k t w L t y n k s s -Φ+∆Φ==∆Φδ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两点的相位差,第二项为超声波引起的附加相位差(相位调制),δФ= k 0△nL 。
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振面变为周期变化的皱折波面,从而改变出射光的传播特性,使光产生衍射。
设入射面上x=-L/2的光振动为E i =Ae it,A 为一常数,也可以是复数。
考虑到在出射面x=L/2上各点相位的改变和调制,在xy 平面内离出射面很远一点的衍射光叠加结果为⎰---Φ=22sin )sin(0b b y ik t w y k i iwt dy e e Ce E s s θδ式中,b 为光束宽度,θ为衍射角,C 为与A 有关的常数,为了简单可取为实数。
分析可知与第m 级衍射有关的项为)(0t mw w i m s e E E -=2/)sin (]2/)sin (sin[)(000θθδk mk b k mk b CbJ E s s m --Φ=因为函数sinx/x 在x=0取极大值,因此有衍射极大的方位角θm 由下式决定:ss mm k k mλλθ00sin ==式中,λ0为真空中光的波长,λs 为介质中超声波的波长。
与一般的光栅方程相比可知,超声波引起的有应变的介质相当于一光栅常数为超声波长的光栅。
由(7)式可知,第m 级衍射光的频率ωm 为 s mmw w w -=可见,衍射光仍然是单色光,但发生了频移。
由于ω>>ωs ,这种频移是很小的。
第m 级衍射极大的强度I m 可用(7)式模数平方表示:)()(20222*0Φ=Φ==δδm m m J I J b C E E I式中,E ﹡0为E 0的共轭复数,I 0=C 2b2第m 级衍射极大的衍射效率ηm 定义为第m 级衍射光的强度与入射光的强度之比。
由(11)式可知,ηm 正比于J 2m (δФ)。
当m 为整数时,J -m (a )=(-1)mJ m (a )。
由(9)式和(11)式表明,各级衍射光相对于零级对称分布。
当光束斜入射时,如果声光作用的距离满足L<λ2s /2λ,则各级衍射极大的方位角θm由下式决定sm mi λλθ0sin sin += 式中i 为入射光波矢k 与超声波波面的夹角。
上述的超声衍射称为喇曼-纳斯衍射,相当于一个入射光子连续同几个声子相互作用的情形,因此喇曼-纳斯衍射是多极衍射。
有超声波存在的介质起一平面位光栅的作用。
当声光作用的距离满足L>2λ2s /λ,而且光束相对于超声波波面以某一角度斜入射时,在理想情况下除了0级之外,只出现唯一的衍射级,+1级或-1级衍射。
如图2所示。
这种衍射与晶体对X 光的布喇格衍射很类似,故称为布喇格衍射。
能产生这种衍射的光束入射角称为布喇格角。
此时有超声波存在的介质起体积光栅的作用。
可以证明,布喇格角满足 sB i λλ2sin =上式称为布拉格条件。
实验仪器介绍一套完整的SO2000声光效应实验仪配有:已安装在转角平台上的100MHz 声光器件、半导体激光器、100MHz 功率信号源、LM601CCD 光强分布测量仪及光具座。
1. 声光器件声光器件的结构示意如图3所示。
它由声光介质、压电换能器和吸声材料组成。
本实验采用的声光器件中的声光介质为钼酸铅,吸声材料的作用是吸收通过介质传播到端面的超声波以建立超声行波。
将介质的端面磨成斜面或成牛角状,也可达到吸声的作用。
压电换能器又称超声换能器,由妮酸锂晶体或其它压电材料制成。
它的作用是将电功率换成声功率,并在声光介质中建立起超声场。
压电换能器既是一个机械振动系统,又是一个与功率信号源相联系的电振动系统,或者说是功率信号源的负载。
为了获得最佳的电声能量转换效率,换能器的阻抗与信号源的内阻应当匹配。
声光器件有一个衍射效率最大的工作频率,此频率称为声光器件的中心频率,记为f。
对c于其它频率的超声波,其衍射效率将降低。
规定衍射效率(或衍射光的相对光强)下降3db(即衍射效率降到最大值的12)时两频率间的间隔为声光器件的带宽。
声光器件安装在一个透明塑料盒内,置于转交平台上。
盒上有一插座,用于和功率信号源的声光插座相连。
透明塑料盒两端各开一个小孔,激光分别从这两个小孔射入和射出声光器件,不用时用贴纸封住以保护声光器件。
旋转转交平台的旋转手轮可以转动转交平台,从而改变激光射入声光器件的角度。
2.功率信号源SO2000功率信号源专为声光效应实验配套,输出频率范围为80~120MHz,最大输出功率为1W。
3.CCD光强分布测量仪:其核心是线阵CCD器件。
CCD器件是一种可以电扫描的光电二级管列阵,有面阵(二维)和线阵(一维)之分。
LM601/501CCD光强仪所用的是线阵CCD器件,机壳尺寸为150mm×100mm×50mm,CCD器件的光敏面至光强仪前面板距离为4.5mm。
4.USB100计算机数据采集盒:用USB接口与计算机相连,同时以DB15插座通过电缆线与LM601/501CCD光强仪后面板上的DB9插座相连。
采集盒上有一个12位的A/D转换器,也就是说可以把CCD器件上每一个光敏单元上的光强信号分成4096个灰度等级。
空间分辨率与所使用CCD光强仪的型号有关。
5.模拟通信收发器模拟通信收发器由三件仪器组成:模拟通信发送器、模拟通信接收器和光电池盒。
6.半导体激光器半导体激光器输出光强稳定,功率可调,寿命长。
在后面板上有一只调节激光强度的电位器,在盒顶和盒侧各有一只做X-Y方向微调的手轮。
7.光具座0.8m长,配三只马鞍座,其中一只可横向移动,一般用于安置CCD光强仪或光电池盒用。
SO2000的各部件的底端都有螺口用以旋入直径为10mm的立杆,拧紧后插入各马鞍座里,旋紧马鞍座的立杆旋钮,在将马鞍座置于光具座上,待各部件位置调好后,旋紧马鞍座侧面的旋钮即可完成固定。
8.频率计采用VC2000智能频率计,量程为10Hz~2.4GHz。
【实验内容】1. 开机预热10分钟;2. 观察喇曼-纳斯衍射和布拉格衍射,比较两种衍射的实验条件和特点;3. 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。
用微机测量衍射角,则只需在软件上直接读出X方向上的距离(ch值)和光强度值(A/D值)。
4. 布拉格衍射下测量衍射光相当于入射光的偏转角Φ与超声波频率(即电信号频率)fs的关系曲线,并计算声速vs。
测出6-8组(Φ,fs)值,在课堂上用计算器作直线拟合求出Φ和fs的相关系数。
课后做Φ和fs的关系曲线。
注意式(13)和(14)中布拉格角iB和偏转角Φ都是指介质内的角度,而直接测出的角度是空气中的角度,应进行换算,声光器件n=2.386。
由于声光器件的参数不可能达到理论值,实验中布拉格衍射不是理想的,可能会出现高级次衍射光等现象。
调节布拉格衍射时,使1级衍射光最强即可。
实验次数0级光与1级光的偏转格数0级光与1级光的偏转距离(mm)L(mm)ϕfs(MHZ)Vs1级光高度级光高度1.0 0 7.004.99342.000.014685.001587.1719.003.502.0 0 7.505.35342.000.015690.001568.4919.007.003.0 0 7.905.63342.000.016595.001571.8019.509.004.0 0 8.205.84342.000.0171100.001594.0012.104.005.0 0 8.806.27342.000.0183105.001559.586.401.806.0 0 9.206.56342.000.0192110.001562.814.000.90注意事项1.实验仪器娇贵,调节过程中不可操之过急,应耐心认真调节。