声光效应和超声光栅(声光效应的基本理论)

1.声光效应的基本理论

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np/ρV（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）∝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。

2.在物理实验声光效应中,有这样两个思考题1.本实验如何保证平行光束

声速与传声媒质的特性及状态有关，通过对超声波声速的测量，可以了解被测媒质的特性及状态的变化，本实验采用共振干涉法和位相比较法测量超声波的声速。

大家知道，电视机接收到的图像和声音是由电视台将声光信号调制为电信号发射出来 的。电视机接收到电信号再经过解调，还原成图像和声音。

激光打印机激光器射出的光束也载有数据信息，这些信息的转换过程也类似于电视机信息传递过程。只是此过程是由声光 调制器转换的。

声光调制器的调制频率可达30MHz左右，特性稳定，因此大多数的激光打印机都采用这种调制器。声光调制器的工作原理是利用声光效应所产生的布雷格衍射的特 点，实现对激光束传播方向的控制。

激光束欲完成图文信息的映像任务，必须用图文信息进行调制，恰如电视台将图像及声音信号调制到无线电波上去，方能在电视机中解调出图像与 声音信号一样。声光调制器的工作原理，是利用声光效应产生布雷格衍射，若在玻璃及晶体等超声媒质中产生超声波，便将引起周期性的折射率变化，而成为相位型衍射栅，光栅常数 等于超声波波长，当激光束射到超声媒质中时，激光束即产生衍射，衍射光的强度及方向会随超声波的频率及强度而变化，即为声光效应。

当向玻璃或晶体发射超声波而产生反射，由入射角折射的光线传播而形成相位变化的衍射光 栅，光栅常数等于超声波的波长λ。如果激光束射入超声媒体中，激光束就会产生衍射，衍射光的强度和方向随超声波的频率和强度的变化而变化，这就是声光效应。

根据波干涉的加 强条件，入射光和衍射光的方向满足布雷格方程： θi=θd=θB sinθB=λ/2A=λf/2v (v=fA) 式中：θi：入射光与超声波面的夹角；λ：光在介质中的波长；θd： 衍射光与超声波面的夹角；A：超声波波长；θB：布雷格角；f：超声波频率。 θB 很小时，sinθB≈θd，则方程可简化为：θi=θd=θB=λf/2v，当衍射光和入射光的夹角为α时，则：α=θi+θd=2θB=λf/v。

式中α为偏转角，它与超声波的频率成正比。改变超声波频率f，就可以改变偏转角α，从而达到控制激光束方向的目的。

3.驻波波节之间距离为半个波长,为什么超声光栅的光栅常数等于超声波

超声光栅的光栅常数指的是光栅介质的密度分布的一个整周期，超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应地作周期性的变化，形成疏密波。

超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件下前进波与反射波叠加而形成超声频率的纵向振动驻波。由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。

扩展资料：

在驻波场中描述声场特性的某些物理量的幅值为零的点、线或面。这些物理量可以是声压、质点位移、质点速度和质点加速度等。因此，描述波节时应说明波节的类型。

单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期 变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。这种现象 与平行光通过透射光栅的情形相似。

参考资料来源：百度百科--波节

参考资料来源：百度百科--超声光栅

4.跪求答案：声光栅是怎样形成的

楼上的不知道是哪儿复制过来的，我来说清楚一点。

1.声光栅是由声光晶体产生的

利用拍频信号驱动声光偏转器，在声光晶体中形成两个重叠的光栅，光源发出的激光以布拉格角入射，形成两束一级衍射光，经透镜聚焦形成光强按正弦规律分布的结构光条纹。

2.声光晶体介绍

具有声光效应的晶体材料。晶体在外力作用下会引起其折射率的变化，从而导致其光学性质的改变，这一现象称为弹光效应。当超声波（机械波）通过介质材料时，要在介质材料中产生弹性力，从而通过弹光效应使介质材料的折射率发生变化，这即为声光效应。

声光晶体的最大特点是光学和声学的各向异性。由于各向异性使声光晶体在声光效应中具有反常布拉格衍射效应，从而开发出宽带、快速的反常布拉格衍射声光调制器和声光滤波器。声光晶体的各向异性，又使其可能在某些方向获得很小的声速和高的品质因子。此外，晶格的长程有序排列，又使声光晶体一般具有较小的声损耗，从而可以增大声光器件的带宽。

3.物理上的光栅

也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散（分解为光谱）的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝（刻线）的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。

楼主问的是频率对声光栅有何影响，声光栅只是拍频信号驱动声光偏转器，在声光晶体中产生的，就像物理光学里进行衍射和干涉实验的的光栅一样，光栅只是起到一个分离光的作用，而不会因外界频率的影响而影响，如果要说影响的话，那就是拍频信号会对它造成一定的影响，这就要求你对声光转换器有一定的了解，看具体是如何实现的。

恕我浅薄。回答完毕！

5.声光效应调制电压和光强的关系图有什么用

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，该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，如同一个相位光栅 。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称之为声光效应。

声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。由于弹光效应，当超声纵波以行波形式在介质中传播时会使介质折射率产生正弦或余弦规律变化，并随超声波一起传播，当激光通过此介质时，就会发生光的衍射，即声光衍射。

6.光学平面光栅和超声光栅有什么异同

超声光栅：

由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。

平面衍射光栅：普通的光线衍射光栅

光波在介质中传播时被超声波衍射的现象称为超声致光衍射（亦称声光效应）。

超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应地作周期性的变化，形成疏密波。此时，如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声衍射。

单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波（宽度为τ），槽中的液体就相当于一个衍射光栅。

7.从发生衍射的原理看超声光栅与普通光栅有什么不同

光栅

称衍射色散（解光谱）光元件块刻量平行等宽、等距狭缝（刻线）平面玻璃或金属片光栅狭缝数量般每毫米几十至几千条单色平行光通光栅每缝衍射各缝间干涉形暗条纹宽、明条纹细图些锐细明亮条纹称作谱线谱线位置随波异复色光通光栅同波谱线同位置现形光谱光通光栅形光谱单缝衍射缝干涉共同结

衍射光栅产光谱线位置用式d·sinq=kl表示式d=狭缝宽度a+狭缝间距b称作光栅数；q衍射角l波k=0±1±2……光谱级数用式计算光波波光栅产条纹具强度、条纹窄、彼间隔宽特点极辨性能利用光栅衍射精确测定波衍射光栅辨本领R=l/Dl=kN其N狭缝数狭缝数越明条纹越亮、越细光栅辨本领越高增缝数N提高辨本领光栅技术重要课题

早光栅1821由德科家J.夫琅费用细金属丝密排绕两平行细螺丝制形栅栏故名光栅现代光栅用精密刻划机玻璃或金属片刻划光栅光栅摄谱仪核组部其种类按所用光透射反射透射光栅、反射光栅反射光栅使用较广泛；按其形状平面光栅凹面光栅外全息光栅、交光栅、相光栅、炫耀光栅、阶梯光栅等

建议 这样的提问是 没有意义的

可以自己查阅下资料