光效應(yīng)的研究班級：應(yīng)物班級：應(yīng)物21班姓 名：許達學(xué) 號:2120903018象稱為聲光效應(yīng)。利用聲光效應(yīng)可以制成的聲光器件，如聲光調(diào)制器、聲光偏轉(zhuǎn)器和諧調(diào)濾光器等。聲光效應(yīng)還可用于控制激光束的頻率、方向和強度等方面。在激光技術(shù)、光信號處理和集成光通訊技術(shù)等方面有著重要的應(yīng)用。一、 實驗?zāi)康?. 了解聲光效應(yīng)的原理；. 測量聲光器件的衍射效率和帶寬及對光偏轉(zhuǎn)的研究；. 利用聲光效應(yīng)測量聲波在介質(zhì)中的傳播速度。二、 實驗儀器He-Ne激光電源，聲光器件，CCD光強分布測量儀，高頻功率信號源，示波器，頻率計。三、 實驗原理當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時，將引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變，這種應(yīng)變在時間上和空間上是周期性的變化，并且導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也發(fā)生相應(yīng)光效應(yīng)。有超聲波傳播的介質(zhì)如同一個相位光柵。光被彈性聲波衍射有二種類型，當(dāng)超聲波頻率較高時，產(chǎn)生布拉格(Bragg)型衍射；當(dāng)超聲波頻率較低時，產(chǎn)生喇曼-奈斯(Raman-Nath)型衍射。Bragg衍射相當(dāng)于體光柵情況，而Raman-Nath衍射相當(dāng)于薄光柵情況。兩種光柵情況如圖1所示。由于光波速度遠大于聲波速度約105倍，所以在光波通過介質(zhì)的時間內(nèi)，介質(zhì)在空間上的周期變化可看成是固定的。對于Bragg衍射，當(dāng)聲光的距離滿足l＞加入，而且s.入射光束相對于超聲波波面以。角斜入射時，入射光滿足Bragg條件2人sin。=" (1)sn式中入為光波的波長，人為聲波的波長固體介質(zhì)的折射率為n。Bragg衍射只存在1級的衍射光。當(dāng)聲波為聲行波時，只有+1級或-1級衍射光，如圖2所示。當(dāng)聲波為聲駐波時，±1級衍射光同時存在，而且衍射效率極高。只要超聲功率足夠高，Bragg衍射效率可達到100%。所以實用的聲光器件一般都采用Bragg衍射。而對于Raman-Nath衍射，滿足條件入sinU=土m——入s時出現(xiàn)衍射極大。式中m為衍射級數(shù)。Raman-Nath衍射效率低于Bragg衍射效率。其中1級衍射光的衍射效率、10最大不超過35%，但這種衍射沒有Bragg條件的限制，所以對入射角要求不嚴格，調(diào)整方便。圖一聲光效應(yīng)示意圖圖一聲光效應(yīng)示意圖圖二布拉格衍射對于Bragg衍射，當(dāng)Bragg角B很小時，衍射光相對于入射光的偏轉(zhuǎn)角①為中=20x =f （3）s s式中vs為超聲波的波速，fs為超聲波的頻率。在Bragg衍射下，一級衍射的光衍射效率為(4)式中P式中Ps為超聲波的功率L和H為超聲換能器的長和寬，M2為反映光介質(zhì)本身性質(zhì)的一常數(shù),M=n6P2..pv5，P為介質(zhì)密度，P為光彈光介質(zhì)本身性質(zhì)的一常數(shù)系數(shù)。以上討論的是超聲行波衍射的情況，實際上，介質(zhì)中也可能出現(xiàn)超聲駐波衍射的情況。超聲駐波對光的衍射也產(chǎn)生Raman-Nath衍和Bragg衍射，而且各衍射光的方向的方位角和超聲波的頻率的關(guān)與超聲行波的情況相同。由（3）式和（4）式可以看出，采用Bragg衍射，通過改變超波的頻率和功率，可分別實現(xiàn)對激光束方向的控制和強度的調(diào)制。本實驗是利用“遠場接受”的衍射裝置，如圖3所示。光強分布儀光陶聲光器件光強分布儀光陶聲光器件聲光器件本實驗采用的聲光器件中的聲光介質(zhì)為相酸鉛，吸聲材料的作用是吸收通過介質(zhì)傳播到端面的超聲波以建立超聲行波。壓電換能器又稱超聲發(fā)生器，是由鈮酸鋰壓電晶體制成。它的作用是將高頻功率信號源的電功率轉(zhuǎn)換成聲功率，并在聲光介質(zhì)中建立超聲場。聲光器件有一個衍射效率最大的工作頻率，此頻率稱為聲光器件的中心頻率fco，對于其他頻率的超聲波，其衍射效率將降低。一般認為衍射效率（或衍射光的相對光強）下降3dB（即衍射效率降到最時兩頻率間的間隔為聲光器件的帶寬。2.高頻功率信號源S02000功率信號源的頻率范圍為80-120MHZ，最大輸出功率1W。面板上的毫安表讀數(shù)可作功率指示用，讀數(shù)值x10等于毫瓦數(shù)。3.CCD光強分布測量儀LM601CCD光強分布測量儀是一個線陣CCD器件，它可在同一時

刻顯示、測量各級衍射光的相對光強分布，不受光源強度跳變、漂移的影響。對于衍射角度的測量有很高的精度。四、實驗結(jié)果1.超聲波頻率和光相對強度的關(guān)系曲線f-I1f-II關(guān)系曲線o54321020 40 60 80 100120140o543210f（頻率）由圖可知，擬合的曲線方程式I=-1.1x10-9對+3.6X10-7X5-9.2X10-6X4-0.01x3+1.6099x2-97.893X+2157，1中心頻率為96MHz,帶寬為32Mhz。衍射光相對于入射光的偏轉(zhuǎn)角與超聲波頻率的關(guān)系曲線f-0s（d和①成正比，所以用d代替①）

所以fs和d成正比，即fs和①成正比