下载文档原格式
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 2ns λθλ=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。
YAG激光器声光调Q及其参数测量电子科学与技术101班唐衣可俊 20100310391、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）式中：为光在介质中的波长,为声波波长，声波波数，为入射光波波数。
声光调Q中的调制元件是一个由布拉格衍射型的声光调制器，图4-2是调制盒的结构示意图。
调制盒共有四部分组成，第一部分是高频驱动源；第二部分是超声波换能器，在这里将电信号变为超声波；第三部分是声光介质，声场与光场在这里发生相互作用；第四部分是吸声器。
图4－2 声光调Q盒结构示意图超声波的产生有多种方法，如机械振动、气流振动、液体高逆流动以及电振动等。
而激光器用的超声波发生器大都采用高频电信号发生器，也很容易人工控制、产生或消失，而且具有很短的滞后时间，这是调Q所必须的。
图4－4 声光调Q装置图图4-4是声光调Q装置图。
在连续YAG激光器的光学谐振腔内放有声光调制盒和光阑，光阑的通光孔径为2～3mm可调，其作用是限制多模，且使光束全部通过声光作用区。
光学谐振腔一端为全反镜，另一端是透过率T为5%的左右的输出镜。
低透过率是为了使激光器有低的阈值。
激光晶体选用为5×70mm的YAG 晶体。
要求激光晶体有低的阈值，高的转换效率，晶体棒的两端要修磨成几个负光圈，减少热效应引起的输出功率下降。
实验报告课程名称： 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： He-Ne 激光器与激光谐振腔 同组学生姓名一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求本套实验装置的核心He-Ne 激光器，采用的是一种半内腔结构，激光器的一个全反射镜与毛细管、储气套等做成一体，并在出厂前将全反射镜与毛细管调至垂直。
而另一个半反射镜则被安装在一个精密二维调整架上，可灵活移动。
通过一准直光源调整激光管和半反射镜，使之产生激光。
用激光功率计检测这束激光并进一步调整膜片使之达到最佳状态（功率最大）。
观察光斑大小和光强分布。
用扫描干涉仪观察其纵膜的频谱分布情况。
调整工作电流，观察输出功率的变化。
重复移动半反射镜并重新使之达到最佳状态，观察光斑大小和分布变化，记录功率，用干涉仪观察纵膜，比较前后变化，分析腔长对功率、纵膜、横膜、发散角、束腰、腔型的影响。
在激光管与半反射镜之间插入一可调损耗，使之与增益刚好达到平衡，通过对损耗的测量，求得 激光管的增益。
通过实验，掌握激光调谐的原理和技巧，验证谐振腔理论和有关增益的概念，全面、深入地了解激光器的结构、特性、工作条件和相关理论。
二、 实验内容和原理1.改变工作电流，观察电流与输出功率的关系。
（在超过5mA 的大电流时，工作时间不可过长。
） 2.腔长与激光功率、横模、纵模、束腰、发散角的关系1）设备调试完成后，用功率计测量其最大功率。
用显示屏在全反射端一定距离处（2-3米）观察光斑的大小和形状，光斑的大小反应了发散角的大小，光斑的形状即为激光的横模。
观察半反射镜上的光斑（束腰）大小。
在半反射镜端装上F-P 扫描干涉仪探头，观察纵模情况。
装订线专业： 姓名： 学号：日期： 10.21 地点：2）松开反射镜架滑块上的螺钉，移动反射镜，在适当位置上重新锁紧，以改变谐振腔的腔长和腔型。
实验一He-Ne激光器的调试实验实验一 He-Ne激光器的调试实验一、实验目的：1、了解氦氖激光器的基本结构。
2、掌握氦氖激光器的工作原理。
3、学会用各种方法进行激光器的调节。
二、实验原理：从1960年代激光器问世以来，各种类型的激光器相继研制成功，并因它所具有的独特的性能一一高亮度、良好的方向性，单色性，相干性被广泛应用_工业、农业、国防、计量、医疗等行业。
其中气体激光器是目前种类最多，应用最广泛的一类激光器。
而氦氖激光器又在气体激光器中最具有代表性,它制作容易, 运作可靠，所以我们就以氦氖激光器为典型实例进行结构分析和实验。
激光器一般具有三个组成部分：工作物质（增益介质),谐振腔（光学共振腔)，激励能源。
氦氖激光器的工作物质为纯度大于99.99%的氦气和氖气。
其中氖气是能激发出激光的气体，而氦气则是提供光放大条件（产生粒子数反转）的气体。
他们按一定的比例，一定的压强充入用玻璃制作的放电管内。
为了提髙能量使气体点燃，在其上面安装阳极和阴极。
谐振腔主要由腔体、反射镜、毛细管构成，他们的组合，共同保证光在腔体内振荡放大，最终获得激光输出其技术要求是:毛细管（放电管）的直度，两个反射镜的平行度和反射镜片与毛细管的垂直度。
毛细管不仅直度要求严格，其内径尺寸也有特殊要求。
反射镜共有两片，其一片是全反的凹面镜，反射率优于 99.85%；另一片是一定透过率的平面镜，反射率约98.5%。
、氦氖激光器的激励能源一般是直流髙压电，称之为氦氖激光器电源。
它将使用220V交流电变换成直流高压，并根据气体放电的特点，实现高压电的正常运转。
氦氖激光器的电参数是：启辉（点燃）电压，工作电压和最佳工作电流。
启辉电压高于工作电压，实验用的激光器的启辉电压为4500V,工作电压约1200V, 最佳工作电流约5mA.调整方法：对激光器进行调整，实际就是有针对性地调整其毛细管直度、两个反射镜之间的平行度、毛细管与反射镜的垂直度（以下简称直度、平行度、垂直度), 使激光器处于最佳状态，获得满意的性能指标。
《物理光学与应用光学》习题及选解第一章习题1-1. 一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：i E ))65.0(10cos(10152t cz-⨯⨯=π，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为z H 1014=ν，在z = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。
求f x ， f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态： (1))sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω; (2) )cos(0kz t E E x -=ω，)4cos(0πω+-=kz t E E y ;(3) )sin(0kz t E E x -=ω，)sin(0kz t E E y --=ω。
1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹角为α，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为ϕ。
求证：ϕαcos 22tan 220000y x y x E E E E -=。
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988μm 波长光的折射率为n = 1.52546，11m 1026.1/--⨯-=μλd dn ，求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v 表示是相速度）：(1)电离层中的电磁波，222λb c v +=，其中c 是真空中的光速，λ是介质中的电磁波波长，b 是常数。
(2)充满色散介质（)(ωεε=，)(ωμμ=）的直波导管中的电磁波，222/a c c v p -=εμωω，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截面有关的常数。
1-7. 求从折射率n = 1.52的玻璃平板反射和折射的光的偏振度。
入射光是自然光，入射角分别为︒0，︒20，︒45，0456'︒，︒90。
1-8. 若入射光是线偏振的，在全反射的情况下，入射角应为多大方能使在入射面内振动和垂直入射面振动的两反射光间的相位差为极大？这个极大值等于多少？1-9. 电矢量振动方向与入射面成45°的线偏振光，入射到两种透明介质的分界面上，若入射角︒=501θ，n 1 = 1，n 2 = 1.5，则反射光的光矢量与入射面成多大的角度？若︒=601θ时，该角度又为多1-2题用图大？1-10. 若要使光经红宝石（n = 1.76）表面反射后成为完全偏振光，入射角应等于多少？求在此入射角的情况下，折射光的偏振度P t 。
一、实验目的1. 了解声光效应的原理和现象。
2. 掌握声光器件的基本结构和操作方法。
3. 通过实验验证声光效应，分析声光器件的衍射效率、中心频率和带宽等参数。
4. 掌握声光器件在实际应用中的调制、偏转等功能。
二、实验原理声光效应是指当光通过受到超声波扰动的介质时，会发生衍射现象。
超声波在介质中传播时，会引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性变化，从而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。
在声光效应中，介质内的弹性应变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：△n = (1/2)β·△u其中，△n为折射率的变化量，β为介质的声光系数，△u为介质应变的变化量。
设声光介质中的超声行波是沿z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z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。
当光束垂直入射通过厚度为L的介质时，前后两点的相位差为：△φ = 2π(△n·L/λ)根据衍射原理，光束通过声光介质后，会发生衍射现象。
衍射光相对于入射光的衍射角度θ与声光介质的厚度L、声光系数β、声波频率fs、光波频率f、光波长λ和衍射级次m之间的关系为：sinθ = (m·λs/2L)·(β/2·f)其中，m为衍射级次。
三、实验仪器与材料1. 声光效应实验装置：包括声光介质、声光控制器、光源、光探测器、示波器等。
2. 声光介质：各向同性的声光介质，如KDP、LiNbO3等。
3. 声光控制器：用于控制声光介质的超声行波参数，如频率、幅度等。
4. 光源：激光器，如He-Ne激光器。
5. 光探测器：光电倍增管，用于检测衍射光强度。
实验报告课程名称： 2011-2012光信息综合实验 指导老师： 林远芳实验名称： 声光调制与声光偏转 实验类型：综合型 同组学生姓名：一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤 四、实验结果记录、数据处理分析 五、思考题 六、实验中遇到的问题，心得体会，意见和建议一、实验目的和要求1、了解声光相互作用原理。
2、观察拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射现象。
3、研究声光调制和声光偏转的特性。
二、实验内容和原理1、拉曼－奈斯声光衍射声波强度较弱且声光相互作用长度较短的情况下，产生多级衍射。
光束通过声光介质方向改变小，仍可将出射波看成是平面波，但声波通过媒质时，波的相位在空间将受到调制，声光媒质犹如一块相位光栅。
2、布拉格声光衍射布拉格声光衍射产生一个较强的第一级衍射，此时纵声波通过声光介质可以看作间距为声波波长的一排排反射层，由光栅方程得布拉格衍射条件为：Bi θθθ==；s B mk k =θsin 2即ss B n k k λλθ22sin ==表明出射波中只有唯一的一个峰。
又由于声波波面的运动，衍射光的频率要产生频移，可将声波面理解为运动的光源或运动的光接收器，它们的运动方向都使光频增加或缩小。
3、区分两种衍射的定量标准从理论上说，拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射是在改变光衍射参数时出现的两种极端情况。
影响出现两种衍射情况的主要参数是，声波长λs 、入射角θi 及声光作用距离L 。
为了给出区分两种衍射的定量标准，特引入参数G 来表征，即-2ωs-1 ω-ωs+2 ωsω+ωs ωz超声波布喇格衍射波 ）入射波 （ω ）is ii i s n Lk L k G θλπλθcos 2cos 22== 当L 小且λs 大时，为拉曼－奈斯衍射；当L 大且λs 小时，为布拉格衍射。
经过多年的实践，现已普遍采用下列定量标准：拉曼－奈斯衍射区： π<G布拉格衍射区：π4≥G 为了便于应用，又引入量：i s i is n nL λλλθλ220cos ≈=，则 02L L G π=。
氦氖激光器的调试实验氦氖激光器调试实验一、实验目的1、了解He-Ne激光器的工作原理和基本结构；2、掌握外腔式He-Ne激光器的F-P腔调节技术；3、分析放电电流对激光输出功率的影响。
二、实验仪器外腔式He-Ne激光器、准直光源，光学导轨，激光功率计，光阑，腔镜。
三、实验原理一、激光原理概述1 普通光源的发光――受激吸收和自发辐射普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等的发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。
在没有外界作用时会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。
辐射光子能量为h??E2?E12受激辐射和光的放大h?h?h?h?h?E2 E1 E2 (a) 自发辐射E2 E2 h?E2 E1 h?E2 E1 (b) 受激吸收受激发射高能态原子(c) 低能态原子双能级原子中的三种跃迁受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。
这种受激辐射的光子有显著的特点，就是原子可发出与诱发光子全同的光子，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。
于是，入射一个光子，就会出射两个完全相同的光子。
这意味着原来光信号被放大，这种在受激过程中产生并被放大的光，就是激光。
3 粒子数反转一个诱发光子不仅能引起受激辐射，而且它也能引起受激吸收，所以只有当处在高能级的原子数目比处在低能级的还多时，受激辐射跃迁才能超过受激吸收，而占优势。
由此可见，为使光源发射激光，而不是发出普通光的关键是发光原子处在高能级的数目比低能级上的多，这种情况，称为粒子数反转。
但在热平衡条件下，原子几乎都处于最低能级（基态）。
因此，如何从技术上实现粒子数反转则是产生激光的必要条件。
4 激光器的结构激光器一般包括三个部分：激光工作介质；激励源；谐振腔二波数He-Ne气17 共振转移3S（2p55s）3390nm 3P（2p55p）体激光器工作原152S（2p4s）共振转移理：632.8nm 1150nm 6 15 气体激光器的种类很多，He-Ne气体自电电激光器是目前应用发子子1S（2p53s）14 辐最广泛的气体激光碰碰射撞撞器。
一、实验目的1. 理解声光调制的基本原理和过程。
2. 掌握声光调制器的构造和操作方法。
3. 通过实验验证声光调制器的调制效果，并分析调制质量。
二、实验原理声光调制是一种利用声波对光波进行调制的方法。
当光波通过一个受到超声波扰动的介质时，光波的相位和强度会受到调制。
这种调制方法具有调制速度快、频带宽、抗干扰能力强等优点。
声光调制器主要由声光介质、电声换能器、吸声装置及驱动电源等组成。
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，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，从而实现光波的调制。
三、实验器材1. 声光调制器2. 激光器3. 光功率计4. 滤光片5. 调制信号发生器6. 吸声装置7. 驱动电源8. 信号线四、实验步骤1. 将声光调制器安装在实验平台上，调整激光器光路，使激光束垂直照射到声光介质上。
2. 将调制信号发生器输出信号连接到电声换能器，调节电声换能器的输出功率，使超声波在介质中产生稳定的调制效果。
3. 将激光束通过滤光片，调整光功率计，记录激光束的原始功率。
4. 改变调制信号发生器的输出频率，观察光功率计的示数变化，记录调制效果。
5. 调整调制信号发生器的输出幅度，观察光功率计的示数变化，记录调制效果。
6. 在实验过程中，注意观察吸声装置的作用，确保实验环境中的声波对调制效果的影响降至最低。
五、实验结果与分析1. 在实验过程中，当调制信号发生器的输出频率为f1时，光功率计的示数出现明显变化，说明调制效果较好。
当调制信号发生器的输出频率为f2时，光功率计的示数变化不明显，说明调制效果较差。
2. 当调制信号发生器的输出幅度为A1时，光功率计的示数出现明显变化，说明调制效果较好。
当调制信号发生器的输出幅度为A2时，光功率计的示数变化不明显，说明调制效果较差。
3. 通过实验，验证了声光调制器在调制信号频率和幅度方面的调制效果。
