声光效应实验报告华科大近代物理实验

1、 /10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,这就是声光效应班级应用物理学0903班姓名号王文广U200910198苏7海瑞U200910218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

2、超声波的介质后就光效应.有超声相位光栅。行波是沿y方向为w,波长为入，ss方向传播的平面中的波长为入，变也以行波形式大约是声波的105质在空间上的周 /10 /10称为布喇O=2iB匚丄f九nvs声光效应实验报告华科大近代物理实验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AO=kn(y,t)L=AO+5sint-ky)ooss入射时，如果声离满足LV入2S级衍射极大的下式决定。足格条件。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e为ss式中，V为超声波波速，f为超声波频率SS在布喇格衍射的情况下，一级衍射光的衍

3、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，USB1OO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声光效应实验报告华科大近代物理实验调出布喇格衍射，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方向上的多少距离布喇格衍射下测量衍射光相对于入射光的偏转角e与超声波频率（即电信号频率）fs的关系.测出68组（e,f）值，在课堂上用计算器作直线拟合求出e和f的相关系数.课后作e和f的关系曲

4、线布喇格衍射下，固定超声波功率，测量衍亍射光相对于零级衍射光的相对强度与超声波频率的关系曲线，并定出声光器件的带宽和中心频率。（选做）布喇格衍射下，将功率信号源的超声波频率固定在声光器件的中心频率上，测出衍射光强度与超声波功率，并作出其声光调制关系曲线五、数据记录与处理CCD的长度是28.67mm,在示波器上X轴显示的是16。80个格子介质与CCD的距离约为26cm,激光的频率为九二650nm1、求声光介质中行波频率fs与1级衍射光偏转角9的关系可以算出偏转角9角的大根据公式,二arctan波峰在示波器?距离际誓亠CCD在示波器上的距离x介质与CCD的距离小频率f(MHz)s两波峰在示波器的距

5、离1对应的偏转角9（rad）75。522.000。0131383。092.200.0144490。822。300。0151095。322。500.01641102。282.700.01772109.022.800.01838118.143.200.02100声光效应实验报告华科大近代物理实验先大致判断声光介质中行波频率f与1级衍射光偏转角申的关系是线性正相关s的，因此用最小二乘法进行线性拟合。假设两者有f=a+伽的关系。列出误差方程v二f(a+bp)iii为计算方便将数据列表如下0.013130.00017230.014440.00020840。015100。00022780.016410。0

6、0026920。017720.00031390.018380.00033760.021000。00044100。11620.001971a下面求线性回归方程75.5283。0990.8295。32102.28109.02118。14674。190。99131。19971。37091。56391.81242.00332.481011.422按矩阵计算有Zpi1-i=1Z7pii=1Z7p2ii=170.11620.11620.0019716.629390.8C-1=390.823540Z7fii=1Z7fpii5.3325482i=1声光效应实验报告华科大近代物理实验声光效应实验报告华科大近代物

7、理实验 /10 /10Ja二5.332b=5482因此衍射光的频率随偏转角变化的规律为f二54829+5.332s相关系数r=0.989b下面进行精度估计先对测量的数据进行精度估计把残差的值列出来fs9viv2i75.520.013131.77173。138883.090。01444-1。39671。950790.820。015102。73597.485295.320。016410.04130。0017102.280.01772-0.19300.0372109.020.018382.95008.7026118.140。02100一2。31725。3692由误差理论可知牛2.31d12的方程组d

8、22下面对估计量进行精度估计由上面的正规方程，列出不定乘数JdnId21Jd+0.1162d=111120.1162d+0.001971d二011127d+0.1162d=021220.1162d+0.001971d二12122解得Jd11=6-691Id=2376422矿=2.317669!沁5.9va*11=巧矿=2.31J23764沁3601b谭22因此a的标准不确定度为5.9,因此a为(5.3土5.9)b的标准不确定度为360,因此b为(5.48土0.36)x103f=bp+as其中Jb=(5.48土0.36)x103八Ia=(5.3土5.9)(注：其f中的单位为MHz)s根据原理可得

9、x106nvsx106x5.48x103m/s=1.49x103m/sX650 x10-9F)n=2.386根据误差传递函数可得Av=dAb=0.09x103m/ssn所以超声波在介质中传播速度为v=(1.49土0.09)x103m/ss声光效应实验报告华科大近代物理实验 /101级街肘光与入射備目的笑丢罔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表中的强度用示波器中Y值的大小表示的f/MHzs1级强度0级强度1级强度0级强度76。59710。849。941。090584。23410.147。521.348492.31610。847。61。4263100.239.289。740.9528108.684。1611。040。3768116。1331.0411。040.0942国走功辜同1级勻0级彳禎j光捋对賜.壹与疑出谀叨宰的并系凰由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f二89.75MHz，带宽为V/二2(99.23-89.753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8