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声光效应
摘要
本篇研究性报告从基础内容出发,详细地回顾声光实验的原理、功率信号
源和CCD光强分布测量仪等仪器的使用以及实验的主要步骤。基于以上内容,
本篇研究性报告就之前所得实验数据进行了更为细致与详尽地分析,并在最后对
实验结果进行了误差分析。
I
目录
摘要I
1实验原理1
1.1声光效应1
1.2声光衍射2
1.2.1拉曼-纳斯衍射2
1.2.2布拉格衍射2
2实验仪器3
2.1声光器件3
2.2功率信号源3
2.3CCD光强分布测量仪3
2.4其他仪器3
3实验设计4
4主要步骤4
4.1实验准备4
4.2数据测量4
5实验数据记录与处理5
5.1定标5
5.2布拉格衍射5
5.3布拉格衍射最大衍射效率及带宽6
5.4声光调制7
5.5研究拉曼—奈斯衍射7
6讨论8
6.1误差分析8
6.1.1介质局部形变8
6.1.2人为估读误差8
参考文献8
II
1实验原理
1.1声光效应
当超声波在介质中传播时,会引起介质的局部压缩和伸长,产生弹性应变。
这种应变随时间和空间作周期性变化,使介质出现疏密相间的现象,相当于一个
相位光栅。当光束通过这一受到超声波扰动的介质时,就会发生衍射现象,这种
现象称为声光效应。
如图所示,设声波沿y轴传播,图中v为声波的速度方向;光波沿x轴正
1
方向射向晶体,经过晶体类似于经过光栅,光波出射后发生衍射,设衍射光线与
x轴夹角为θ。设晶体为一个矩形,中心位于坐标系原点,厚度为L。
声波引起的应变S可以表示为
SSosin(otks)(11)
.
k
这里的是声波的角频率,为声波波矢。
s
折射率的变化为
43PS(12)
2.
这里的n为介质的折射率,P为光弹系数。
由于应变较小,因此折射率可以写为
n(gt)nlμsin(utks)(13)
.
其中μ23PSO
1
波矢为ko的光通过这样的晶体后相位差为
ko(t)L(14)
.
1.2声光衍射
1.2.1拉曼-纳斯衍射
在声光作用长度较短,超声波频率较低的情况下,光经过晶体的衍射被称为
θ
拉曼-奈斯衍射,由参考文献[1],此时m级衍射极大方位角由下式决定。
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