声光效应实验.doc

——声光效应实验
大学物理实验报告
时间:2014年7月7日
课题解析:
声光效应:超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变,该应变随时间和空间作周期性变化,使介质出现疏密相间的现象,如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象,这种现象称为声光效应。
实验目的:
观察超声驻波场中光的衍射现象
2、观察超声驻波场的像,测量声波在晶体中的速度
实验器材:
仪器与用具光学实验导轨(1m)、633nm半导体激光器、声光晶体、光信号放大器、声光效应实验电源(驻波声光调制器)、OPT-1A功率指示计以及白屏、光拦探头、一维位移架、MP3及数据线、小孔屏、光电探头、透镜(f=100mm)、光具座、传输线、电源线
主机箱面板功能:
主机箱“声光效应试验电源”主要功能为声光晶体驱动电压的输出与输出电压的指示,频率调节,被调制信号的接受与放大和还原,各面板元器件作用于功能如下:

表头:3位半数字表头,用于指示声光晶体驱动电压的大小,该显示数值可通过电压旋钮进行调节。
电压旋钮:调整范围0-12V,实验一般调到最大。
:调整范围9-11MHz,调整至适当频率使衍射效果最佳,频率值可在示波器或频率上读出(均需自备)。
:Q9插座,与声光晶体相连接。
:Q9插座,为输出驱动波形,一般与示波器1通道连接
:,用于输入音频信号。
实验原理:
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,从而激起介质中各介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λ。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,而白色部分表示介质密度减少,对应的折射率也减少。在行波声场作用下,介质折射率的增大或减小交替变化,并以声速v(一般为10^3m/s量级)向前推进。由于声速仅为光速的数十万分之一,所以对光波来说,运动的“声光栅”可以看作是静止的。
晶体声光效应实验:利用石英晶体/ZF6驻波声光调制器,它由两部分构成,一是声光晶体:声光晶体由压电换能器(XO0切石英晶体)和声光互作用介质(ZF6)组成。为了在声光介质中形成驻波,沿声传播方向上声光介质的两个面要严格平行,平行度要优于λ/5。压电换能器与声光介质焊接成一体。二是驱动源:驱动源是一个正弦波高频功率信号发生器。驱动源提供的正弦高频功率信号(见图3a),通过匹配网络加到压电换能器上,换能器发出的超声波沿x正方向传播, 到达对面后,被全反射,反射波沿x负方向传播,声光介质中如同存在两列频率相同、振幅相等且沿相反方向传播的超声波。
图3b所示就是这种波在十个彼此相等的瞬时间隔时的情况。沿正x方向传播的发射波用虚线表示;沿负x方向传播的反射波用实线表示;它们的叠加点划线表示。不难看出,叠加波具有相同的波长,只是在空间不产生位移。这种由两个彼此相对的行波组