实验一声光效应实验

5 实验 声光效应实验 【学史背景】 声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。早在本世纪3 0 年代就开始了声光衍射的实验研究。6 0 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。 【实验目的】 1 ．掌握声光效应的原理和实验规律； 2 ．了解喇曼－纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点； 3 ．测量不同激光（红光、蓝光、绿光）和红外线通过声光晶体发生布拉格衍射后的衍射角。 【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。在各项同性介质中，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。在各项异性介质中，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波器的基础。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。本实验只涉及到各项同性介质中的正常声光效应。 y x  2L 2L 2b k k o 图 1 声光衍射 6 设声光介质中的超声行波是沿y方向传播的平面纵波，其角频率为sw ，波长为s 波矢为sk 。入射光为沿x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波形式随声波一起传播。由于光速大约是声速的510 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的折射率的变化由下式决定 PSn)1(2 （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。当声波在各项同性介质中传播时，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 )sin(...