1) Study of Acousto-optic Effect
声光效应实验研究
2) experiment of acoustics and optics effect
声光效应实验
1.
In order to obtain the ultrasonic speed in the medium,the deflection angle of diffraction ray and frequency of ultrasonic is calculated by the experiment of acoustics and optics effect.
为了获得介质中超声波的速度,利用声光效应实验,测量并计算衍射光的偏转角和超声波的频率,通过公式计算介质中超声波的速度。
3) RESEARCH ON THE EXPERIMENT OF HALL EFFECT
霍耳效应实验研究
6) Applied Research Laboratories (ARL)
应用研究实验室
补充资料：声光效应
当超声波传过介质时，在其内产生周期性弹性形变，从而使介质的折射率产生周期性变化，相当于一个移动的相位光栅，称为声光效应。若同时有光传过介质，光将被相位光栅所衍射，称为声光衍射。利用声光衍射效应制成的器件，称为声光器件。声光器件能快速有效地控制激光束的强度、方向和频率，还可把电信号实时转换为光信号。此外，声光衍射还是探测材料声学性质的主要手段。
1922年,L.N.布里渊在理论上预言了声光衍射;1932年P.J.W.德拜和F.W.席尔斯以及R.卢卡斯和P.比夸特分别观察到了声光衍射现象。从1966年到1976年期间，声光衍射理论、新声光材料及高性能声光器件的设计和制造工艺都得到迅速发展。1970年，实现了声表面波对导光波的声光衍射，并研制成功表面（或薄膜）声光器件。1976年后，随着声光技术的发展，声光信号处理已成为光信号处理的一个分支。
基本理论 弹性形变所引起的介质折射率变化可以写成
式中n为介质的折射率，S为介质形变的程度，p为声光（或弹光）系数（由材料性质决定）。声光衍射的特性与声光互作用长度L的大小有关（图1）。声光衍射特征长度的定义为
式中 &λ＝&λ0/n 为介质中光波波长（&λ0为真空中波长），为超声波波长（v为声速，f为频率）。由上式可见，在高频工作时，L0很小。
喇曼-奈斯衍射 要求满足条件，相当于平面光栅。此种衍射的特点是：①对入射光方向无严格要求，一般取垂直入射；②衍射光有许多级（图1a），第m级衍射光的方向和衍射效率为
式中Ii为入射光光强；V呏（2π/&λ0）墹nL，称为声光相移；Jm是第m阶贝塞尔函数。当V=1.84弧度时,J1(V)达到最大,并有η=0.339=33.9％,高级衍射的效率更低。
布喇格衍射 要求满足条件L≥2L0,相当于体光栅。此种衍射的特点是：①只有当入射光方向满足一定条件时，才有显著的声光衍射；②衍射光或者只有+1级或者只有-1级（图1b）,并分别称为±1级布喇格衍射。入射光和衍射光方向以及衍射效率为
式中θi和θd分别为入射光和衍射光与超声波波面的夹角，θB为布喇格角。布喇格衍射只出现一束衍射光，且η可高达100％(V=π时),故在实用上一般都采布喇格衍射。
声光器件 在实际器件中，超声波是由压电换能器激发，声光互作用介质和压电换能器相结合即为声光器件(图2)。声光器件分为两类。①体声光器件:声波和光波均在介质体内传播,声光互作用介质和压电换能器常用铟、锡或铝等软金属材料，通过真空冷压焊工艺粘合在一起。②表面(或薄膜)声光器件：声波为沿介质表面传播的声表面波，光波则为在平面光波导中传播的导光波。这时，声光介质和压电材料融为一体，衬底材料必须既具有声光效应又具有压电效应,常用的材料有Y切铌酸锂，而叉指换能器只需在材料表面蒸镀叉指状电极。
声光调制器 根据声光调制原理制成的器件。声致相移V和超声功率Pa之间的关系为
式中M2呏n6p2/ρV3(ρ为介质的密度)是由声光材料性质决定的物理量,称为声光优值。由式(2)和(3)可见,改变Pa（实际是改变加在压电换能器上的电信号功率）即可改变η或Id的值。当V较小时，sin(V/2)≈V/2，易得η≈(V/2)2∝Pa，即可实现线性调制。
声光偏转器 根据声光偏转原理制成的器件。由图1b可见，偏转角(即衍射光与入射光之间的夹角)α=θi+θd，把式(1)代入，即得
改变加在压电换能器上的电信号的频率f,即可改变衍射光的方向。
声光移频器 由于超声波是向前传播的，声光衍射时光将发生多普勒频移。对于 ±1级布喇格衍射，ωd=ωi±Ω,式中ωi、ωd和Ω分别为入射光、衍射光和超声波的圆频率。改变电信号的频率f=Ω/2π,即可改变衍射光的频率。
声光可调滤光器 例如入射光具有复杂的光谱成分(即包括许多不同波长的光)，式(1)可改写成θi=&λf/2V。当θi一定时，&λf为常数。相对地改变电信号频率f，波长不同的光将相应地分别被声光衍射取出。
参考书目
徐介平：《声光器件的原理、设计和应用》，科学出版社，北京，1982。
R.W.Damon,W.T.Maloney and D.H.McMahon,In-teraction of Light with Ultrasound: Phenomena and Applications，Physical Acoustics，Vol.7，AcademicPress, NewYork,London,1970.
1922年,L.N.布里渊在理论上预言了声光衍射;1932年P.J.W.德拜和F.W.席尔斯以及R.卢卡斯和P.比夸特分别观察到了声光衍射现象。从1966年到1976年期间，声光衍射理论、新声光材料及高性能声光器件的设计和制造工艺都得到迅速发展。1970年，实现了声表面波对导光波的声光衍射，并研制成功表面（或薄膜）声光器件。1976年后，随着声光技术的发展，声光信号处理已成为光信号处理的一个分支。
基本理论 弹性形变所引起的介质折射率变化可以写成
式中n为介质的折射率，S为介质形变的程度，p为声光（或弹光）系数（由材料性质决定）。声光衍射的特性与声光互作用长度L的大小有关（图1）。声光衍射特征长度的定义为
式中 &λ＝&λ0/n 为介质中光波波长（&λ0为真空中波长），为超声波波长（v为声速，f为频率）。由上式可见，在高频工作时，L0很小。
喇曼-奈斯衍射 要求满足条件，相当于平面光栅。此种衍射的特点是：①对入射光方向无严格要求，一般取垂直入射；②衍射光有许多级（图1a），第m级衍射光的方向和衍射效率为
式中Ii为入射光光强；V呏（2π/&λ0）墹nL，称为声光相移；Jm是第m阶贝塞尔函数。当V=1.84弧度时,J1(V)达到最大,并有η=0.339=33.9％,高级衍射的效率更低。
布喇格衍射 要求满足条件L≥2L0,相当于体光栅。此种衍射的特点是：①只有当入射光方向满足一定条件时，才有显著的声光衍射；②衍射光或者只有+1级或者只有-1级（图1b）,并分别称为±1级布喇格衍射。入射光和衍射光方向以及衍射效率为
式中θi和θd分别为入射光和衍射光与超声波波面的夹角，θB为布喇格角。布喇格衍射只出现一束衍射光，且η可高达100％(V=π时),故在实用上一般都采布喇格衍射。
声光器件 在实际器件中，超声波是由压电换能器激发，声光互作用介质和压电换能器相结合即为声光器件(图2)。声光器件分为两类。①体声光器件:声波和光波均在介质体内传播,声光互作用介质和压电换能器常用铟、锡或铝等软金属材料，通过真空冷压焊工艺粘合在一起。②表面(或薄膜)声光器件：声波为沿介质表面传播的声表面波，光波则为在平面光波导中传播的导光波。这时，声光介质和压电材料融为一体，衬底材料必须既具有声光效应又具有压电效应,常用的材料有Y切铌酸锂，而叉指换能器只需在材料表面蒸镀叉指状电极。
声光调制器 根据声光调制原理制成的器件。声致相移V和超声功率Pa之间的关系为
式中M2呏n6p2/ρV3(ρ为介质的密度)是由声光材料性质决定的物理量,称为声光优值。由式(2)和(3)可见,改变Pa（实际是改变加在压电换能器上的电信号功率）即可改变η或Id的值。当V较小时，sin(V/2)≈V/2，易得η≈(V/2)2∝Pa，即可实现线性调制。
声光偏转器 根据声光偏转原理制成的器件。由图1b可见，偏转角(即衍射光与入射光之间的夹角)α=θi+θd，把式(1)代入，即得
改变加在压电换能器上的电信号的频率f,即可改变衍射光的方向。
声光移频器 由于超声波是向前传播的，声光衍射时光将发生多普勒频移。对于 ±1级布喇格衍射，ωd=ωi±Ω,式中ωi、ωd和Ω分别为入射光、衍射光和超声波的圆频率。改变电信号的频率f=Ω/2π,即可改变衍射光的频率。
声光可调滤光器 例如入射光具有复杂的光谱成分(即包括许多不同波长的光)，式(1)可改写成θi=&λf/2V。当θi一定时，&λf为常数。相对地改变电信号频率f，波长不同的光将相应地分别被声光衍射取出。
参考书目
徐介平：《声光器件的原理、设计和应用》，科学出版社，北京，1982。
R.W.Damon,W.T.Maloney and D.H.McMahon,In-teraction of Light with Ultrasound: Phenomena and Applications，Physical Acoustics，Vol.7，AcademicPress, NewYork,London,1970.
说明：补充资料仅用于学习参考，请勿用于其它任何用途。
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