光电子学声光效应实验

一、预习部分（可附页） 预习成绩：

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。

当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。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。声光晶体的另外一侧为吸收材料时，产生的为行波；当圣光晶体的另一侧为反射时，产生的将是驻波。

声光衍射分为两种，布拉格衍射和拉曼-奈斯衍射。

当声光作用的距离满足L＞2λS2／λ（L为作用长度；

为声波长；为光波长） ，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1级或者-1级衍射,这种衍射与晶体对X光的布拉格衍射很类似，故称为布拉格衍射。

拉曼—奈斯衍射发生在声频比较低、声波与光波作用长度比较小的情况下，即满足条件

L/（L为作用长度；为声波长；为光波长）。拉曼

—奈斯衍射又可分为行波型和驻波型两种。对于行波型器件可视为光栅常数为声波长

的相位光栅。因为，声频比光频小几个数量级，对光波传播，可

视为

不变的光栅。

声光调制器

声光调制器由电源、电声换能器、声介质、声吸收体（或反射体）。一般将输入的信号源加载在驱动电源上，通过电源的变化，使得电声换能器输出的能量发生改变。

电声换能器一般具有压电效应的晶体如压电石英中加以一定频率变化的电场后，由于反压电效应晶体发生形变，可以得到一定频率（>107Hz）的机

械振动。这种晶体作为电声换能器把电能转换为机械弹性波（即超声波）。这种波在晶体周围的声介质中以声速传播。超声波是一种纵向机械应力波，它在声介质中引起弹性应变，使介质的密度有压缩和放松的周期性变化。于是在这个区域中，介质的折射率也相应地作周期性变化。当光束通过这区域的介质后，出射光束的振幅、频率和方向将受到声场的调制。

二、实验原始数据记录部分 操作成绩：

声光器件与光屏之间的距离L=48.00cm

不同频率下光屏上0级和一级衍射光点之间的距离 Fs=86.41MHZ a1=8mm Fs=89.58MHZ a1=9mm Fs=83.14MHZ a1=7mm

入射光强I=0.634mW η= I1/I F90.34 91.71 92.46 93.23 94.27 95.01 95.98

（MHz） I1（mW） η F（MHz） I1（mW） η

50.47% 58.36% 52.05% 55.05% 56.47% 57.41% 0.320 0.370 0.330 0.349 0.358 0.364 42.11% 96.30 46.84% 97.04 48.10% 97.35 49.36% 99.42 50.16% 100.54 50.32% 101.19 50.95% 0.267 0.297 0.305 0.313 0.318 0.319 0.323 三、实验数据处理与分析部分 报告成绩： 首先计算衍射效率

衍射效率 I1II1为1级衍射光强，I为入射光强。

将所测得的不同频率下的衍射光强与入射光强进行相除，将记录记录在数据

表格中。

测量光屏上0级和一级衍射光点之间的距离a，声光器件与光屏之距离L，计算一级衍射角，sintga，依据（2-12）式，有sinmg0,则

sLs0000L sintga已知He—Ne激光器的波长为0=632.8nm，m=1，代入0，a，L值，即可求得s。又知

ssfs

式中fs为超声波信号源的频率，可用频率计测量，即可求得声速s。

L=48.00cm

Fs=86.41MHZ a1=8mm

计算结果：λs=37.968μm Vs=3280.81m/s Fs=89.58MHZ a1=9mm

计算结果：λs=33.749μm Vs=3023.27m/s Fs=83.14MHZ a1=7mm

计算结果：λs=43.392μm Vs=3607.61m/s

由于是超声波，其速度远大于人耳可听到的声音的速度。