1. 实验负责人：曲广媛
2. 小组成员：王引书

• 1月30日版本：

　　利用超声对光的衍射是声光学领域最早进行的具有代表性的实验。1922年，L.N.布里渊在理论上预言了当高频声波在液体中传播时，如果有可见光通过该液体, 声波对可见光会产生衍射效应。这一预言在10年后被美国的P.J.W.德拜和F.W.席尔斯以及法国的R.卢卡斯和P.比夸特分别独立在实验中观察到。1935年C.V拉曼和奈斯发现，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—奈斯声光衍射。
　　超声波在介质中传播时，其声压会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变, 而且该应变随时间和空间作周期性变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。此时，如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通过介质时，就会产生衍射现象，这一作用类似光栅，称为“超声致光衍射”，亦称为“声光效应”。存在声波场的介质则称为“声场光栅”；当采用超声波时，通常就称为“超声光栅”。
　　超声光栅是一种可擦除的实时光栅，它的光栅常数和位相调制深度可以通过超声波的频率和振幅来控制。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。
　　本实验利用声光效应与超声光栅的物理现象，进行在介质液体中的声速测量。

1. 利用声场光栅超声换能器（频率800 kHz左右，金属封装），演示声场光栅实验现象，掌握利用声场光栅测量声波在液体中传播速度的方法。
　　根据光路图搭建实验光路，调节激光器、扩束镜、水槽、白屏等高共轴。调节水槽支架上俯仰螺钉的位置、换能器的发射频率和强度，至波阵面轮廓成像清晰。测试相关数据，利用相似三角形原理，根据公式v=Λf=(2dS_1)/(S_1+S_2 ) f计算水中的声速。其中f是超声频率，d为条纹间距。

2. 利用超声光栅换能器（频率10 MHz左右，有机玻璃封装），演示超声光栅实验现象，掌握利用超声光栅测量声波在液体中传播速度的方法。
　　根据光路图搭建实验光路，调节激光器、水槽、白屏等高共轴。调节水槽支架上俯仰螺钉的位置和换能器的发射频率，在白屏上观察到至少±3级衍射点。测试相关数据，利用小角度近似及光栅方程，根据公式v=Λf=(KλS_2)/T f计算声速。其中f是超声频率，T为K级到0级衍射点的间距，S_2为水槽到屏之间的距离。

1. 结合实验，总结影响条纹清晰程度的因素。
2. 总结实验测量中对数据测量结果的影响因素。
3. a）2和a）3实验内容中，如果交换超声换能器的探头，实验是否可以顺利进行？为什么？

从驻波形成的原理，设计利用声场光栅测量声波在液体中传播速度的实验方案，并推导声速计算公式。

设计实验方案，测量钠光灯波长、激光波长、透明液体的浓度和温度特性。

1. 了解声光效应的原理，理解声场光栅和超声光栅的形成机制。
2. 能够利用声光效应演示声场光栅和超声光栅实验现象。
3. 掌握利用声场光栅和超声光栅测量声波在液体中传播速度的方法。

声光效应，光栅，衍射，驻波，波阵面

声光学，光学，凝聚态物理

欢迎大家留言讨论！ — 乐永康 2019/12/05 13:01

感谢曲老师！ — 乐永康 2020/01/31 00:08

感谢曲老师！
我对这个实验很感兴趣：
能否用光拍的方法，测量超声行波对光的衍射？也就是说，在沿光路在介质的前面加一普通光栅；由于介质本身有一定厚度（不可能做到一般光栅那么薄），估计会比较困难。
如果是可以的话，那么，介质沿超声波方向（或逆超声波方向）流动又对光的衍射产生什么影响？能否以此测量介质的流速？
是否可以把这些内容能放在高阶内容，让学生开展研究型的实验？ — 何振辉 2020/02/02 00:08