声光效应及声光模拟通信实验的教案设计.pdf

实用标准文案 课时安排： 3 学时 教学课型： 实验课 题目： 声光效应及声光模拟通信实验 教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ： 通过实验，让学生达到以下目的： 1. 了解声光效应的原理。 2. 了解布喇格衍射的实验条件和特点。 3. 测量声光偏转和声光调制曲线。 4. 通过对声光器件衍射效率和带宽等的测量，加深对其概念的理解。 教学内容（注明： * 重点 # 难点 ？疑点）： 一、实验所用仪器： 1. 100MHz 声光器件 2. 半导体激光器 3. 100MHz 功率信号源 4. LM601 CCD 光强分布测量仪 5. 光具座及立杆 6. 示波器 7. 模拟通信发送器 8. 模 拟通信接收器 9. 光电池盒 二、实验原理部分： 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 。有超声波传播着的介质如同一个相位光栅。 声光效应有 正常声光效应 和 反常声光效应 之分。 在各向同性介质中， 声 - 光相互作用不导致入射光偏 振状态的变化， 产生正常声光效应。 在各向异性介质中， 声- 光相互作用可能导致入射光偏振状态的变化， 产生反常声光效应。反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤光器的物理基础。正常声光效应可 用喇曼 -纳斯的光栅假设作出解释，而反常声光效应不能用光栅假设作出说明。在非线性光学中，利用参 量相互作用理论， 可建立起声 - 光相互作用的统一理论， 并且运用动量匹配和失配等概念对正常和反常声 光效应都可作出解释。本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。 设声光介质中的超声行波是沿у方向传播的平面纵波，其角频率为 ws ，波长为 s ，波矢为 k s 。入射 光为沿х方向传播的平面波，其角频率为 w ，在介质中的波长为 ，波矢为 k 。介质内的弹性应变也以行 精彩文档 实用标准文案 5 波形式随声波一起传播。由于光速大约是声波的 10 倍，在光波通过的时间内介质在空间上的周期变化 可看成是固定的。 由于应变而引起的介质折射率的变化由下式决定 1 ( 2 ) PS (1) n 1 式中， n 为介质折射率， S 为应变， P 为光弹系数。通常， P 和 S 为二阶张量。当声波在各向同 性介质中传播时 P 和 S 可作为标量处理，如前所述，应变也以行波形式传播，所以可写成 S S sin( t k y ) (2) 0 s s 当应变较小时，折射率作为 y 和 t 的函数可写作 精彩文档