声光效应课地的题目

声光效应

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。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了有效的手段。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。

预习要求

了解声光效应的原理及拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射的条件和特点，知道什么是声光偏转和声光调制，理解声光器件的参数-衍射效率、中心频率、带宽等的概念。

课题任务及部分实验方案参考

1．按说明书声光效应实验安装图连接仪器，开启除功率信号源之外的各部件的电源；

2．声光器件尽量靠近激光器,调节光路，使光束通过声光器件照到CCD 采集窗口上，这时衍射尚未产生，可在 CCD 采集窗口前置一白纸，在纸上看到正确的图形后再让它射入采集窗口，在示波器上看到一个稳定的单峰波形。得到满意的波形后，打开功率信号源的电源。 如在示波器顶端出现直线而看不到波形，这是CCD 器件已饱和所致，可以通过减弱环境光强、减小激光器输出功率解决；如波形有“毛刺”，大多CCD 采光窗上落有灰尘，可通过转动活动马鞍座侧面的旋钮来移动CCD 光强分布测量仪或改变光束的照射位置解决；为获得理想波形，有时须反复调节激光束、声光器件、CCD 光强分布测量仪等之间的几何关系与激光器的功率；

3．喇曼-纳斯衍射特点：两个1级光强度相等；布喇格衍射特点：只出现一级衍射光和零级衍射光，且一级光衍射最强。微调声光器件转角平台旋钮，改变激光束的入射角，分别获得喇曼-纳斯衍射或布喇格衍射，比较两种衍射的条件。

4．布喇格衍射下测量衍射光相对于入射光的偏转角φ与超声波频率（即电信号频率）f s 的关系曲线，即声光偏转曲线，要求功率指针置于中间值，测出6—8组（φ，f s ）值，并由公式

s s s B v f i 002λλλφ=≈=计算声速νs ， 其中0λ：入射激光波长650nm ；s s s f v 、、λ分别为超声波的波长、频率和声速；L L ∆=φ，L ∆是一级衍射光与零级光偏转的距离，L 是声光介质的中心（从中心算起

是因衍射在声光器件的内部已发生）到CCD 线阵光敏面的距离，注意不要忘了加上CCD 器件光敏面至光强仪前面板的距离4.5mm 。 用示波器测量衍射角，先要解决“定标”的问题，即示波器X 方向上的1格等于CCD 器件位置X 方向上的多少距离。方法是调节示波器的“时基”档及“微调”，使信号波形一帧正好对应于示波器上的某个刻度数。如说明书图5，波形一帧正好对应于示波器上的8格，则每格对应实际空间距离为2592个像元÷8格×11μm =3.564mm ，每小格对应实际空间距离为3.564mm ÷5 =0.7128 mm ， 0级光与1级光偏转12.5小格, 则0级光与1级光的偏转距离为0.7128 mm × 12.5小格 = 8.91 mm 。

5． 布喇格衍射下，固定超声波功率，测量衍射光相对于零级衍射光的相对强度与超声波频

率的关系曲线，并定出声光器件的带宽和中心频率。建议：功率指针放在80毫安，调节频率后超声波功率指针将偏转，将其调回原来的位置。

6． 布喇格衍射下，固定频率，调节功率改变信号的强度，0级光与1级光的强度分布也随之而变，这是声光调制。将功率信号源的超声波频率固定在声光器件的中心频率上，测出0级光和1级光强度随超声波功率的变化关系，作出其声光调制曲线。

7． 测定布喇格衍射下的最大衍射效率，衍射效率 = 01/I I ，其中，0I 为未发生声光衍射时“0级光”的强度，1I 为发生声光衍射后1级光的强度。

8． 喇曼-纳斯衍射下，在声光器件的中心频率上测量衍射角θm 并与理论值比较，s s s v f 00111sin λλλθθ==≈。

9．喇曼-纳斯衍射下，在声光器件的中心频率上测定1级衍射光的衍射效率，并与布喇格衍射下的最大衍射效率比较。超声波功率固定在布喇格衍射最佳时的功率上。

10．按照说明书完成声光模拟通信实验的仪器安装和调试；改变超声波功率，注意观察模拟通信接收器送出的音乐的变化，分析原因。

实验室现已准备的设备及器件

已安装在转角平台上的100MHz 声光器件、半导体激光器、100MHz 功率信号源（输出频率范围为80~120MHz ）、LM601S CCD 光强分布测量仪（光敏元数2700个，光敏元尺寸11×11μm ）、光具座、示波器、频率计、模拟通信发送器、模拟通信接收器、光电池盒

实验注意事项

使用时，为保证声光器件的安全，不要长时间处于功率最大位置！

实验要求

实验过程注重自己动手动脑分析、解决问题，报告中每项实验内容都要求严格的数据处理过程和详尽的数据分析过程，并画出相应的数据处理表格。

参考资料

1．《近代物理实验》，实验10.1声光效应研究，南京大学出版社，1993

2．刘振云主编，《光电技术实验》，实验16，声光调制器，兵器工业出版社，1991

思考题

1．为什么说声光器件相当于相位光栅？

2．声光器件在什么实验条件下产生喇曼-纳斯衍射？在什么实验条件下产生布喇格衍射？两种衍射的现象各有什么特点？

3．调节喇曼-纳斯衍射时，如何保证光束垂直入射？

4．声光效应有哪些可能的应用？