声光效应
声光效应
一、实验背景早在本世纪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。当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，使介质出现疏密相间的现象，相当于相位光栅，当光通过时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应长安大学物理实验教学中心
一、实验背景 当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，使 介质出现疏密相间的现象，相当于相位光栅，当光通过时就会发生衍射 现象，这种现象称之为声光效应。 早在本世纪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
二、 基本原理物理模型：设声光介质中的超声行波是沿V方向传播的平面纵波，其角频率为ws，波长为1s2波失为k。入射光为沿x方向传播的平面波，其角频率为W，在介质中的波长为入，波矢为k。介质内的弹性应变也1以行波形式随声波一起传播。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kL周期变化可看成是固定的。2长安大学物理实验教学中心
长安大学物理实验教学中心 长安大学物理实验教学中心 二、基本原理 物理模型: 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ws，波长为λs , 波矢为ks。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。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。 y x 2 L 2 L 2 b k k o
二、基本原理由于应变而引起的介质的折射率的变化由下式决定(1)△() = PS式中，n为介质折射率，S为应变，P为光弹系数介质在足够大的外力作用下，其光学性质发生改变（即折射率发生变化）的这一现象，叫做弹光效应）。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(2)S = S。 sin( w,t - k,y)当应变较小时，折射率作为V和t的函数可写作n(y,t)=n。+△nsin(w,t-k,y)(3)长安大学物理实验教学中心
二、基本原理 由于应变而引起的介质的折射率的变化由下式决定 （1） 式中，n 为介质折射率，S 为应变，P 为光弹系数(介质在足够大的外力作 用下，其光学性质发生改变（即折射率发生变化）的这一现象，叫做弹光效应)。 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 （2） 当应变较小时，折射率作为y 和t的函数可写作 （3） 2 1 ( ) P S n sin( ) 0 yktwSS s s ),( sin( ) 0 yktwnntyn ss
二、基本原理式中，no为无超声波时的介质的折射率，△n为声波折射率变化的幅值，-In'PS。由（1）式可求出An=-2设光束垂直入射（k工ks）并通过厚度为L的介质，则前后两点的相位差为A@ = kon(y,t)L(4)=kn.L+koAnLsin(w,t-k,y)=Φ。+o sin(w,t-k,y)式中，k为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项Φ为不存在超声波时光波在介质前后两点的相位差，第二项为超声波引起的附加相位差（相位调制），S=k。△nL。可见，当平面光波入射在介质的前界面上时，超声波使出射光波的波振面变为周期变化的皱折波面，从而改变长安大学物理实验教学中心使光立生行射
二、基本原理 式中，n0 为无超声波时的介质的折射率，Δn为声波折射率变化的幅值， 由（1）式可求出 设光束垂直入射（k⊥ks ）并通过厚度为L的介质，则前后两点的相 位差为 （4） 式中， k0 为入射光在真空中的波矢的大小，右边第一项ΔΦ0 为不存在超 声波时光波在介质前后两点的相位差，第二项为超声波引起的附加相位 差（相位调制）， 。可见，当平面光波入射在介质的前界面 上时，超声波使出射光波的波振面变为周期变化的皱折波面，从而改变 出射光的传播特性，使光产生衍射。 0 3 2 1 nn PS sin( ) ),( 00 0 0 kLnk nL yktw Ltynk s s 0 sin ( ) w t k y s s 0 k n L