nullnull晶体声光效应实验
(1)了解声光效应原理 ；
(2)了解布拉格衍射现象的实验条件和特点 ；
(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)利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。
(1)了解声光效应原理 ；
(2)了解布拉格衍射现象的实验条件和特点 ；
(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)利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。实 验目 的实验原理 实验原理 声光衍射可以分为拉曼-拉斯（Ranman-Nath）衍射和布拉格（Bragg）衍射两种情况。本实验室主要研究钼酸铅晶体介质中的布拉格衍射现象。
声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。由于弹光效应，当超声纵波以行波形式在介质中传播时会使介质折射率产生正弦或余弦规律变化，并随超声波一起传播，当激光通过此介质时，就会发生光的衍射，即声光衍射。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的变化现象称为声光偏转；衍射光强度随超声波功率而变化的现象称为声光调制。主要用途有：制作声光调制器件，制作声光偏转器件，声光调Q开关，可调谐滤光器，在光信号处理和集成光通讯方面的应用。
布拉格方程：θB=sinθB=λfs/2nvs ，其中θB 为布拉格角，λ为激光波长，n为介质折射率，vs 为超声波在介质中的速率。由此知不同的频率对应不同的偏转角φ=2θB，所以可以通过改变超声波频率实现声光偏转。
布拉格一级衍射效率为：η1=I1/Ii=sin2((π/λ).(LM2Ps/2H)1/2) ，其中Ps为超声波功率，M2为声光材料的品质因素，L、H分别表示换能器的长和宽。由此知当超声功率改变时，η1也随之改变，因而可实现声光调制。null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。χL
2yL
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。由于应变而引起的介质折射率的变化由下式决定：
null实验仪器简介
由于SO2000声光效应实验仪采用的中心频率高达100MHz 的声光器件，而喇曼-纳斯衍射发生的条件是声频较低、声波与光波作用长度比较小，因此，本实验主要围绕布喇格衍射展开，对于喇曼-纳斯衍射仅作观察等一般研究。 1、如下示意图所示连接仪器；
实验步骤 2、调出布喇格衍射，对示波器定标：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。方法是调节示波器的“时基”档及“微调”，使信号波形一帧正好对应于示波器上的某个刻度数。以图7为例，波形一帧正好对应于示波器上的8格，则每格对应实际空间距离为2592个像元÷8格×11μm = 3564μm = 3.564 mm，每小格对应实际空间距离为3.564 mm÷5 = 0.7128 mm，0级光与1级光的偏转距离为 0.7128 mm × 12.5小格 = 8.91 mm。
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的关系曲线，并计算声速νs（注意fs一般取80~110MHz）。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的系数
。
4、固定超声波功率，并记下功率值Ps。
5、测量0级和一级衍射光点之间的距离a,声光器件与光屏之间的距离L,计算一级衍射角.超声信号源频率可用频率计求得,这样就可以求得声速Vs
6、一级衍射光点的位置随频的改变而改变,所以在测试过程中必须相应调整光电池的位置,使其入射孔始终对准一级衍射光。求得衍射频率与超声频率的关系曲线。 2、调出布喇格衍射，对示波器定标：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。方法是调节示波器的“时基”档及“微调”，使信号波形一帧正好对应于示波器上的某个刻度数。以图7为例，波形一帧正好对应于示波器上的8格，则每格对应实际空间距离为2592个像元÷8格×11μm = 3564μm = 3.564 mm，每小格对应实际空间距离为3.564 mm÷5 = 0.7128 mm，0级光与1级光的偏转距离为 0.7128 mm × 12.5小格 = 8.91 mm。
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的关系曲线，并计算声速νs（注意fs一般取80~110MHz）。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的系数
。
4、固定超声波功率，并记下功率值Ps。
5、测量0级和一级衍射光点之间的距离a,声光器件与光屏之间的距离L,计算一级衍射角.超声信号源频率可用频率计求得,这样就可以求得声速Vs
6、一级衍射光点的位置随频的改变而改变,所以在测试过程中必须相应调整光电池的位置,使其入射孔始终对准一级衍射光。求得衍射频率与超声频率的关系曲线。注意事项 注意事项 1、为保证测量的准确性，应尽量避免地面桌面震动 ；
2、应尽量减小背景光的强度；示波器上读出相对光强时应以较均匀的背景光强度为0基准；
3、仪器摆放时声光晶体应尽量靠近激光器。
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