聲光效應實驗報告
一、實驗目的
1． 了解聲光效應的原理。
2． 了解喇曼—納斯衍射和布喇格衍射的實驗條件和特點。
3． 通過對聲光器件衍射效率，中心頻率和頻寬等的測量，加深對其概念的理解。
4． 測量聲光偏轉和聲光調製曲線。
二、實驗原理
當超聲波在介質中傳播時，將引起介質的彈性應變作時間上和空間上的週期性的變化，並且導致介質的折射率也發生相應的變化。當光束通過有超聲波的介質後就會產生衍射現象，這就是聲光效應。有超聲波傳播著的介質如同乙個相位光柵。
設聲光介質中的超聲行波是沿у方向傳播的平面縱波，其角頻率為ws，波長為λs，波矢為ks。入射光為沿х方向傳播的平面波，其角頻率為w，在介質中的波長為λ，波矢為k。介質內的彈性應變也以行波形式隨聲波一起傳播。
由於光速大約是聲波的105倍，在光波通過的時間內介質在空間上的週期變化可看成是固定的。
當超聲波在各向同性的介質中傳播時，微小應變引起的折射率的變化為
設光束垂直入射通過厚度為l的介質，則前後兩點的相位差為
當光束斜入射時，如果聲光作用的距離滿足l＜λs2 ／2λ，則各級衍射極大的方位角θm由下式決定。布喇格角滿足
稱為布喇格條件。因為布喇格角一般都很小，故衍射光相對於入射光的偏轉角φ為
式中，νs為超聲波波速，fs為超聲波頻率
在布喇格衍射的情況下，一級衍射光的衍射效率為
三、 實驗儀器
聲光器件，功率訊號源，ccd光強分布測量儀，usb100計算機資料採集盒，模擬通訊收發器，光電池盒，半導體雷射器，光具座，示波器和頻率計等
四、 實驗步驟
1. 觀察喇曼-納斯衍射和布喇格衍射，比較兩種衍射的實驗條件和特點
2. 調出布喇格衍射，用示波器測量衍射角，先要解決「定標」的問題，即示波器x方向上的1格等於ccd器件上多少象元，或者示波器上1格等於ccd器件位置x方向上的多少距離
3. 布喇格衍射下測量衍射光相對於入射光的偏轉角φ與超聲波頻率（即電訊號頻率）fs的關係。測出6—8組（φ，fs）值，在課堂上用計算器作直線擬合求出φ和fs的相關係數。
課後作φ和fs的關係曲線
4. 布喇格衍射下，固定超聲波功率，測量衍射光相對於零級衍射光的相對強度與超聲波頻率的關係曲線，並定出聲光器件的頻寬和中心頻率。
5. （選做）布喇格衍射下，將功率訊號源的超聲波頻率固定在聲光器件的中心頻率上，測出衍射光強度與超聲波功率，並作出其聲光調製關係曲線
五、資料記錄與處理
ccd的長度是28.67mm，在示波器上x軸顯示的是16.80個格仔
介質與ccd的距離約為26cm，雷射的頻率為
1、求聲光介質中行波頻率與1級衍射光偏轉角的關係
根據公式可以算出偏轉角角的大小
先大致判斷聲光介質中行波頻率與1級衍射光偏轉角的關係是線性正相關的，因此用最小二乘法進行線性擬合。假設兩者有的關係。
列出誤差方程
為計算方便將資料列表如下
a．下面求線性回歸方程
按矩陣計算有
因此衍射光的頻率隨偏轉角變化的規律為
相關係數
b．下面進行精度估計
先對測量的資料進行精度估計
把殘差的值列出來
由誤差理論可知
下面對估計量進行精度估計
由上面的正規方程，列出不定乘數的方程組
解得因此的標準不確定度為5.9，因此為
的標準不確定度為360，因此為
（注：其中的單位為mhz）
根據原理可得
根據誤差傳遞函式可得
所以超聲波在介質中傳播速度為
2、在實驗中我們固定功率為1w，測量出的中心頻率約為87.169mhz
表中的強度用示波器中y值的大小表示的
由1級與0級衍射光的相對強度與超聲波頻率的關係曲線可確定中心頻率為，頻寬為
3、在實驗過程中測量的中心頻率為87.169mhz，因此在實驗中將超聲波頻率調至87.169mhz，測量的1級衍射光的強度與超聲波的功率的資料
描點畫圖
由曲線可知，1級衍射光的強度與超聲波的功率也大致成線性關係
關係曲線為
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實驗3 聲光效應實驗資料處理 2.聲光偏轉 測量衍射光相對於入射光的偏轉角 與超聲波頻率fs的關係，即聲光偏轉關係 根據公式可以算出偏轉角角的大小 曲線如下 曲線擬合得 根據原理可得 在實驗中我們固定功率為1w，測量出的中心頻率約為87.169mhz，表中的強度用示波器中y值的大小表示的 由1級與0...
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