聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告華科大近代物理實(shí)驗(yàn)

1、 聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告十一月 2011當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)將引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變作時(shí)間上和空間上的 周期性的變化，并且導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)光束通過 有超聲波的介質(zhì)后就會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這就是聲光效應(yīng)班級(jí)姓名王文廣蘇海瑞應(yīng)用物理學(xué) 0903 班學(xué)號(hào)U200910198U200910218 / 聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 了解聲2 了解喇3 通過對(duì) 4 測(cè)量聲當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)質(zhì)的彈性應(yīng)變作時(shí)間上和空間上的周期性的 變化，并且導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)光束通過有超聲波的介質(zhì)后就會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象聲 波傳播著的介質(zhì)如同一個(gè)y光效應(yīng)。有超聲 相位光柵。設(shè)聲光介質(zhì)中的超聲 傳播的平面縱波率K

2、b2S行波是沿 方向 為 ，s s波矢為 k 入射光為沿 s波頻率為 質(zhì)o方向傳播的平面 中的波長(zhǎng)為 矢為 內(nèi)的彈性應(yīng)變LKb2 L也以行波形式隨聲波一起傳播速大22約是聲波的 10倍通過的時(shí)間內(nèi)介圖 1聲光衍質(zhì)在空間上的周 / B B 期變化可看成是固定的。當(dāng)超聲波在各向同性的介質(zhì)中傳播時(shí)，微小應(yīng)變引起的折射率的變化為1 23PS0設(shè)光束垂直入射通過厚度為 L 介質(zhì)，則前后兩點(diǎn)的相位差為 n 0 0 y s當(dāng)光束斜入射時(shí)光作用的距離滿足 S2級(jí)位角 由下布喇格角滿衍射極大的方 式?jīng)Q定。足稱為布喇喇格角一般都很小，故衍射光相對(duì)于入射光的偏轉(zhuǎn)角 i f nv 式中， 為超聲波波速，f 為超聲波頻

3、率S 在布喇格衍射的情況下，一級(jí)衍射光的衍射效率為格條件三、 聲光器件，功率信號(hào)源 強(qiáng)分布測(cè)量?jī)xUSB100 計(jì)機(jī)數(shù)據(jù)采集盒， 模擬通信收發(fā)器，光電池盒，半導(dǎo)體激光器，光具座，示波器和頻率計(jì)等四、 / s s 觀察喇曼-納斯衍射和布喇格衍射，比較兩種衍射的實(shí)驗(yàn)條件和特點(diǎn)調(diào)出布喇格衍射示波器測(cè)量衍射角要解決“定標(biāo)”的問題示波器 X 方向上的 等于 器件上多少象元，或者示波器上 1 等于 件位置 方向上的多少距離布喇格衍射下測(cè)量衍射光相對(duì)于入射光的偏轉(zhuǎn)角 超聲波頻率（即電信號(hào) 頻率）fs 關(guān)系。測(cè)出 8 （ 值，在課堂上用計(jì)算器作直線擬合 求出 f 的相關(guān)系數(shù)。課后作 f 的關(guān)系曲線s 布喇格衍射

4、下超聲波功率衍射光相對(duì)于零級(jí)衍射光的相對(duì)強(qiáng)度與 超聲波頻率的關(guān)系曲線，并定出聲光器件的帶寬和中心頻率。（選做格衍射下率信號(hào)源的超聲波頻率固定在聲光器件的中心頻 率上，測(cè)出衍射光強(qiáng)度與超聲波功率，并作出其聲光調(diào)制關(guān)系曲線五、數(shù)據(jù)錄與處理CCD 的長(zhǎng)度是 28.67mm在示波器上 軸顯示的是 16.80 個(gè)子介質(zhì)與 的距離約為 激光的頻率為 1、求聲光介質(zhì)中行波頻率 s與 衍射光偏轉(zhuǎn) 系根據(jù)公式在示波器的離際寬度 CCD波器上的距 C距離可以算出偏轉(zhuǎn)角角的大小fs在偏 l / 先大致判斷聲光介質(zhì)中行波頻率fs與 1 級(jí)衍射光偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系是線性正相關(guān)的，因此用最小二乘法進(jìn)行線性擬合。假設(shè)兩者有 列出

5、誤差方程f 的關(guān)系。v f i ii)為計(jì)算方便將數(shù)據(jù)列表如下iff1234586 27 4 9a下面求線性回歸方程 按矩陣計(jì)算有 / i 7 7 0.1162 0.001971 i ii i 7 7 0.1162 0.001971 i ii C i ii ii 7 C 6.629 390.8 C i i 5.332 5482因此衍射光的頻率隨偏轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律為f s相關(guān)系數(shù)r b下面進(jìn)行精度估計(jì)先對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行精度估計(jì) 把殘差的值列出來fsvi2i / s s由誤差理論可知= ii n ii 7 =2.315下面對(duì)估計(jì)量進(jìn)行精度估計(jì)由上面的正規(guī)方程，列出不定乘數(shù) 7d d =111 120

6、.1162 d +0.001971d 11 127d +0.1162 =021 220.1162 d 21 22 6.691解得11 22 d 2.31 6.691 a 23764 d11 12 d21 22的方程組因 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 ，因 a 5.9的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 ，因 f s其中 a 5.9 ）（注：其f中的單位為 MHz）根據(jù)原理可得1 0 b s -9 0 b= n 2.3865.48 m/s=1.49 m/s根據(jù)誤差傳遞函數(shù)可得 s0n / 所以超聲波在介質(zhì)中傳播速度為 / v (1.490.09)3 sm / 2中我 們固定功率為 的 中心頻率約為 87.169MHz 表中的強(qiáng)度用 示波器中 Y 值 的大小表示的f 0 0強(qiáng)度 / 由 1 級(jí)與 0 級(jí)衍射光的 相對(duì)強(qiáng)度與 超聲波頻率 的關(guān)系曲線 可確定中心頻率為f 0， 帶 寬 為 2(99.23 89.75) s3 程中測(cè)量的中心頻率為 87.169MHz此在實(shí)