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《WD.54-L-1声光效应与超声光栅实验仪》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、WD.54-L-1声光效应与超声光栅实验仪使用说明书概论当超声波传过介质时，在其内产生周期性弹性形变，从而使介质的折射率产生周期性变化，和当于一个移动的相位光栅，称为声光效应。若同时自光传过介质，光将被相位光栅所衍射，称为声光衍射。利用声光衍射效应制成的器件，称为声光器件。声光器件能快速有效地控制激光束的强度、方向和频率，还可把电信号实时转换为光信号。此外，声光衍射还是探测材料声学性质的主要手段。1922年,L.N.布里渊在理论上预言了声光衍射;1932年P.J.W.德拜和F.W.席尔斯以及R.卢卡斯和P.比夸特分别观察到了声光衍射现彖。1935年拉曼
2、(Raman.C.V)和奈斯(Nath)发现，在一定条件下，声光效应的衍射光强分布类似于普通光栅的衍射。这种声光效应称做拉曼一奈斯声光衍射。木实验利用该物理现象，进行在介质液体中的声速测量。从1966年到1976年期间，声光衍射理论、新声光材料及高性能声光器件的设计和制造工艺都得到迅速发展。1970年，实现了声表面波对导光波的声光衍射，并研制成功表面(或薄膜)声光器件。1976年后，随着声光技术的发展,声光信号处理已成为光信号处理的一个分支。【实验原理】1.声光效应与声场光栅的形成当超声波在介质屮传播吋，将引起介质的弹性应变作吋间和空间上的周期性的变化
3、，并且导致介质的折射率也发生相应变化。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。如声波在传播的过程中，遇到反射产生信号叠加产生驻波，就会更加加剧上述现象。设如果介质在Y方向的高度h正好是超声波半波长的整数倍，在受到底部反射后就在介质屮形成驻波场，有t/(y,r)=2t/0cosksycoscost,理论证明它使得介质在Y方向的应变是：S=2S()sinksy•concoJ(1)可见驻波的作用可以成倍的引起振幅应变的变化，所以耍使实验现象明显,本实验将在驻波声场中进行。介质的应变S引起的折射率发生相应的变化，它们的关系可以表示为：其中n
4、是介质的折射率，P是应变引起的A的光弹系数，由于在诸如水这n样的各向同性的介质中，P与s都是标量，对于驻波声场：A/i=一一—pS=-n3pSQsinksy•concost=-24sinksy•coscost(3)公式中A=-n>50为超声波引起介质的折射率变化的幅值，这样在声波传播的Y方向上，折射率是以：〃()')=+An=7?0+2/1sincoscost(4)的规律发生变化，使介质内部疏密层次也发生相应的变化。由驻波振动原理可知驻波波节两侧的波段振动方向永远相反,设一波节点,某时刻波节两侧质点涌向该点形成密集区，而在半个周期后质点又左右散开形成稀
5、疏区，因此在振动过程屮相邻节点光密与光疏交替排列，每隔半个周期交替变化，而同一时刻相邻波节附近的密集与疏稀正好相反，显见液体密度的空间变化间距正好为超声波Z波长，用人表示。当光线垂直于超声波传播方向透过超声场后，由于入射光的波速是声波的IO'倍，这些变化被忽略，因此介质在空间的分布可以认为是静止的。因此在光通过介质时只有光速发生变化，从而引起相位变化，而光的振幅不变，使平面的光波波阵面而变成褶皱波阵面，这样当光速通过有超声驻波场的介质时，就会产生光栅效应，介质密的地方形成阻光层，光疏处形成透光层，声场光栅就形成见图3o1.超声光栅在超声波的频率较高时(
6、即A较小)与光栅的作用相同。当光通过超声区域时产生了与正常光栅一样的衍射现彖，经研究表明，超声波的频率很高时(fNlOOMHz),而超声水槽的厚度L较长，满足2^/lL»A2条件，属于布拉格衍射，超声水槽类似一个体光栅；当L不是很长，超声波的频率也不是很高,(10MHz左右)满足«A2,属于拉曼一奈斯衍射，是位相光栅。常称为超声光栅。对于拉曼一奈斯衍射其衍射规律与平行光通过平面透射光栅产生的衍射相似，符合以下所示的光栅方程：Asin0=KAK=0,±1,±2（其中A为超声波之波长，。是衍射角，K为衍射波级数，入是光波波长）高频信号源图3【实验目的】1.
7、认识光栅衍射的规律。2.了解声光效应。3.利用声光效应演示超声光栅现象，并测量声波在液体中的传播速度。【仪器设备】1.声场光栅超声换能器频率800KHz左右，超声光栅换能器频率10MH左右。2・半导体激光器，供电电压5V,功率2.5mW,波长635nmo1.扩束透镜，焦距为16mm。2.玻璃水槽：水采用去离子水或者以清洁的矿泉水代替，I大I为一旦水质较差,会有杂质，影响光的透明度。3.刻度屏：标有毫米刻度，可方便地测量成像条纹的宽度。4.信号发生器DHSG-1：DDS信号发生器，频率7000KHz-12000KHz连续可调，分辨率lKHz,用于驱动10
8、MHz换能器（1OMHZ换能器为有机玻璃封装）。左右旋转频率调节旋钮来改变频率大小，单击频率调
