声光效应实验第1页，共33页，星期日，2025年，2月5日声光效应介绍定义：介质中的超声波对光的衍射现象。超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应acoustoopticeffect。第2页，共33页，星期日，2025年，2月5日由于声光效应，衍射光的强度、频率、方向等都随着超声波场而变化。其中衍射光偏转角随超声波频率变化的现象称为声光偏转；衍射光强度随超声波功率变化的现象称为声光调制。有拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射两种类型。主要用途：制作声光调制器件，制作声光偏转器件，声光调Q开关，可调谐滤光器，在光信号处理和集成光通讯方面的应用。第3页，共33页，星期日，2025年，2月5日声光效应发展早在19世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器、和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。第4页，共33页，星期日，2025年，2月5日实验目的（1）了解声光效应的原理；（2）了解喇曼—纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点；（3）通过对声光衍射器件衍射效率测量，加深对这些概念的理解；（4）测量光偏转和光调制曲线。第5页，共33页，星期日，2025年，2月5日实验原理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。声光效应是制造高性能声光偏振器件和可调谐滤光器的物理基础。第6页，共33页，星期日，2025年，2月5日声光效应正常声光效应：在各向同性介质中，声与光相互作用不导致入射光偏振状态的变化。可用衍射光栅假设作出解释。反常声光效应：在各向异性介质中，声与光相互作用导致入射光偏振状态的变化。不能用光栅假设作出说明。本实验采用衍射光栅假设对各向同性介质中的声光效应作一简要的讨论。第7页，共33页，星期日，2025年，2月5日设声光效应中的超声行波是沿y方向传播的平面纵波，其角频率为，波长为λs，波矢为ks（ks=）。入射光为沿x方向传播的平面波，其角频率为，在介质中的波长为λ，波矢为k。介质内的弹性应变也以行波形式随声波一起传播。当声光作用的距离较小，满足L时，由于光速大约是声速的105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。第8页，共33页，星期日，2025年，2月5日应变引起的介质折射率的变化n为介质折射率，S为应变，P为光弹系数各向同性介质S和P可作为标量处理应变也以行波形式传播，所以可写成S=S0第9页，共33页，星期日，2025年，2月5日当应变S较小时，折射率作为y和t的函数可写作n0+n0为无超声波时的介质折射率，为声致折射率变化的幅值。第10页，共33页，星期日，2025年，2月5日设光束垂直入射（k垂直于ks），并通过厚度L为的介质，则光波前后两点的相位差可由波矢和光程求出，即有可见，当波阵面为平面的光波入射在介质的前界面上时，超声波使出射光波的波阵面变为周期变化的皱折波面，从而改变了出射光的传播特征，使光产生衍射。++第11页，共33页，星期日，2025年，2月5日设入射面上的光振动为，A为一常数，也可以是复数。考虑到在出射面上各点相位的改变和调制，在xy平面内离出射面很远一点处的衍射光叠加结果为b为光束宽度，为衍射角，C为与A及有关的常数，为了简单可取为实数。=第12页，共33页，星期日，2025年，2月5日展开并积分得：其中，与第m级衍射有关的项为：=第13页，共33页，星期日，2025年，2月5日