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声光调制实验一.实验目的1.理解声光作用和声光调制器的基本原理.2.掌握及调制出布拉格衍射.3.观察交流信号及音频信号调制特性.二.实验仪器可调半导体激光、声光晶体盒、声光调制电源及滑座和旋转平台.三.实验原理1.声光互作用声光互作用效应是当超声波传到声光介质内，声光介质发生形变，导致介质的光学性能产生改变，即介质的折射率发生变化的现象。
在超声波的作用下，声光介质的光学折射率发生空间周期性的变化，相当于介质内形成了一个折射率光栅，当激光通过介质是发生衍射。
声光衍射使光波在通过介质后的光学特性发生改变，即光波的传播方向，强度，相位，频率发生了改变。
2.声光器件的基本原理声光调制的工作原理：声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波的一种物理过程。
调制信号是以信号( 调辐) 形式作用于电- 声换能器上，电- 声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。
分拉曼—纳斯型声光调制器和布拉格声光调制器。
拉曼—纳斯型声光调制器特点：工作声源频率低于 10MHz只限于低频工作，带宽较小。
布拉格声光调制器特点：衍射效率高，调制带宽较宽。
其中调制带宽是声光调制器的一个重要参量，它是衡量能否无畸变地传输信息的一个重要指标，它受布拉格带宽的限制。
对于给定入射角和波长的光波，只有一个确定的频率和波矢的声波才能满足布拉格条件。
当采用有限的发散光束和声波场时，波束的有限角将会扩展，因此，在一个有限的声频范围内才能产生布拉格衍射。
3.拉曼—纳斯衍射和布拉格衍射（1）布拉格衍射当声波频率较高，声波作用长度较大，而且光束与声波波面间以一定的角斜入射时，光波在介质中要穿过多个声波面，故介质具有“体光栅”的性质。
当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0 级和+1 级或（-1 级）（视入射光的方向而定）衍射光，即产生布拉格衍射。
GCS-DSTZ声光调制实验
声光调制实验
用途：
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。
基本原理：
当压电换能器产生的超声波信号在介质中传播时，会在介质中产生周期性应变场，使介质的光学参数（例如折射率）产生周期性的变化，形成体光栅。
当激光束以布拉格角度通过光栅时，衍射光能量相对集中于一级衍射波中，称为布拉格衍射。
当外加文字、图像或其它信号输入换能器驱动电源的调制接口端时，衍射光光强将随此信号变化，从而达到控制激光输出特性的目的。
当声－光作用距
离较短时，形成多级衍射光，称拉曼－纳斯衍射。
实验目的：
(1)了解声光效应的原理。
(2)了解拉曼－纳斯衍射和布拉格衍射的实验条件和特点。
(3)测量声光偏转和声光调制曲线。
(4)完成模拟通信实验仪器的安装及调试。
知识点：
声光效应、布拉格衍射、体光栅、拉曼－纳斯衍射、声光调制。
原理示意图：
技术指标
主要配置。
声光调制实验讲义前言早在本世纪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良好的光源，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应用。
声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。
近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q 开关。
由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。
一.实验目的1、了解声光器件工作原理。
2、掌握声光相互作用原理。
3、观察布拉格衍射现象。
4、研究声光调制和声光偏转的特性。
二.实验原理（一）激光调制技术的发展激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似，可以用来作为传递信息的载波。
激光具有很高的频率（约1013~1015Hz）可供利用的频带很宽，故传递信息的容量大。
再有，光具有极短的波长和极快的传递速度，加上光波的独立传播特性，可以借助光学系统，把一个面上的二维信息以很高的分辨率瞬间传递到另一个面上，为二维并行光学信息处理提供条件。
所以激光是传递信息（包括语言、文字、图象、符号等）的一种很理想的光源。
要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上的问题，例如激光电话，就需要将语言信息加在于激光，由激光“携带”信息通过一定的传输通道（大气、光纤等）送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息，从而完成通话的目的。
这种将信息加载于激光的过程称之为调制，完成这一过程的装置成为调制器。
其中激光成为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。
声光调制实验讲义前言早在本世纪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良好的光源，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应用。
声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。
近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q 开关。
由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。
一.实验目的1、了解声光器件工作原理。
2、掌握声光相互作用原理。
3、观察布拉格衍射现象。
4、研究声光调制和声光偏转的特性。
二.实验原理（一）激光调制技术的发展激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似，可以用来作为传递信息的载波。
激光具有很高的频率（约1013~1015Hz）可供利用的频带很宽，故传递信息的容量大。
再有，光具有极短的波长和极快的传递速度，加上光波的独立传播特性，可以借助光学系统，把一个面上的二维信息以很高的分辨率瞬间传递到另一个面上，为二维并行光学信息处理提供条件。
所以激光是传递信息（包括语言、文字、图象、符号等）的一种很理想的光源。
要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上的问题，例如激光电话，就需要将语言信息加在于激光，由激光“携带”信息通过一定的传输通道（大气、光纤等）送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息，从而完成通话的目的。
这种将信息加载于激光的过程称之为调制，完成这一过程的装置成为调制器。
其中激光成为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。
一、实验目的1. 理解声光调制的基本原理和过程；2. 掌握声光调制器的构造和工作原理；3. 熟悉声光调制实验的操作方法和注意事项；4. 通过实验，验证声光调制在实际应用中的效果。
二、实验原理声光调制是一种利用声波对光波进行调制的方法。
当声波在介质中传播时，会引起介质的弹性应变，导致介质的折射率发生周期性变化，从而在光波传播过程中产生衍射现象。
声光调制器正是利用这一原理，通过调节声波的频率、幅度和相位，实现对光波的调制。
三、实验仪器与设备1. 声光调制器；2. 光源；3. 光功率计；4. 信号发生器；5. 电脑及实验软件；6. 电缆线。
四、实验步骤1. 连接声光调制器、光源、光功率计、信号发生器和电脑等设备；2. 打开电脑，运行实验软件；3. 调整光源输出功率，使其达到预设值；4. 调节信号发生器的频率、幅度和相位，分别进行以下实验：（1）频率调制：观察光功率计的读数变化，分析频率调制效果；（2）幅度调制：观察光功率计的读数变化，分析幅度调制效果；（3）相位调制：观察光功率计的读数变化，分析相位调制效果；5. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 频率调制实验：当信号发生器的频率与声光调制器的共振频率相匹配时，光功率计的读数发生明显变化，说明频率调制效果较好。
2. 幅度调制实验：当信号发生器的幅度变化时，光功率计的读数也随之变化，说明幅度调制效果较好。
3. 相位调制实验：当信号发生器的相位变化时，光功率计的读数也随之变化，说明相位调制效果较好。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们了解了声光调制的基本原理和过程；2. 掌握了声光调制器的构造和工作原理；3. 熟悉了声光调制实验的操作方法和注意事项；4. 验证了声光调制在实际应用中的效果。
本次实验表明，声光调制技术具有调制效果好、频率范围宽、非线性失真小等优点，在光通信、光纤传感等领域具有广泛的应用前景。
在实验过程中，我们要注意以下几点：1. 实验前要熟悉实验原理和仪器设备；2. 实验过程中要严格按照实验步骤进行操作；3. 注意安全，防止意外事故发生；4. 实验结束后，认真整理实验器材，清理实验场地。
实验三晶体的声光调制实验一、实验目的(1) 了解声光效应的原理。
(2) 了解喇曼一纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点。
(3) 测量声光偏转和声光调制曲线。
(4) 完成声光通信实验光路的安装及调试。
二、实验原理当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时伺和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应变化。
当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。
有超声波传播的介质如同一个相位光栅。
声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。
在各向同性介质中，声一光相互作用不导致入射光偏振状态的变化，产生正常声光效应。
在各项异性介质中，声一光相互作用可能导致入射光偏振状态的变化，产生反常声光效应。
反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤波器的基础。
正常声光效应可用喇曼一纳斯的光栅假设作出解释，而反常声光效应不能用光栅假设作出说明。
在非线性光学中，利用参量相互作用理论，可建立起声一光相互作用的统一理论,并且运用动量匹配和失配等概念对正常和反常声光效应都可作出解释。
本实验只涉及到各向同性介质中的正常声光效应。
设声光介质中的超声行波是沿少方向传播的平面纵波，有超声波存在的介质起一平面相位光栅的作用。
当声光作用的距离满足L>2λs/λ，而且光束相对于超声波波面以某一角度入射时，在理想情况下除了0级之外，只出现1级或一1级衍射。
这种衍射与晶体对尤光的布喇格衍射很类似，故称为布喇格衍射。
能产生这种衍射的光束入射角称为布喇格角。
此时有超声波存在的介质起体积光栅的作用。
通过改变超声波的频率和功率，可分别实现对激光束方向的控制和强度的调制，这是声光偏转器和声光调制器的基础。
从(10)式可知，超声光栅衍射会产生频移，因此利用声光效应还可以制成频移器件。
超声频移器在计量方面有重要应用，如用于激光多普勒测速仪。
以上讨论的是超声行波对光波的衍射。
实际上，超声驻波对光波的衍射也产生喇曼一纳斯衍射和布喇格衍射，而且各衍射光的方位角和超声频率的关系与超声行波的相同。
声光调制锁模激光器实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印声光调制锁模激光器在激光器中利用锁模技术可得到持续时间短到皮秒<ps=1012S）量级地强短脉冲激光.80年代后期利用碰撞锁模技术可获得持续时间短到飞秒<fs=10-15S）量级地超短脉冲.极强地超短脉冲光源大大促进了非线性光学，时间分辨激光光谱学、等离子体物理等学科地发展.b5E2RGbCAP本实验地目地：（1）学习和掌握激光锁模和声光调制原理.（2）掌握锁模激光器结构特点及调试方法.（3）观察腔长变化及调制深度对输出光脉冲地影响.一、锁模激光器原理本实验是在He-Ne激光器地腔内插入声光损耗调制器来实现对633nm激光锁模地.He-Ne激光介质地增益特性属非均匀增宽类型，如果激光器地腔长不太短就会出现多个激光纵模振荡<本实验只讨论基横模情况）.相邻纵模地圆频率差为p1EanqFDPw(1> 其中c为光速丄为腔长，若激光介质地增益线宽为△ CD G,则激光器腔内就会有N个纵模存在：—I （2>在腔内N个纵模地总光场可表示为(3>式中D 0为增益线宽中心处地纵模频率.一般在自由振荡地激光器中,N个纵模初相位之间没有固定地关系，彼此是随机变化地.在比纵模振荡周期大得多地时间内根据<3）式对光强求平均，并假设各纵模振幅相等即E n=E0可得DXDiTa9E3d_1 （4>激光总强度正比于各纵模强度之和.用扫描干涉仪观察纵模频谱，可看到各个纵模强度是随机涨落地，这是由于模式之间无规干涉引起地.如果我们用某种方法使激光器中各纵模初相位之间建立固定地联系，或者说使所有纵模同步振荡，在激光腔内各纵模就可以相干叠加了•为了简便,令＜3）式地丨，并有E n=E o,可得RTCrpUDGiT[x I(5>其光强为I X I(6>把＜6）式与＜4）式比较可知，但各纵模地相位同步以后，原来是连续输出地光强变成了随时间和空间变化地光强.现在分别在固定空间或固定时间上来观察光强地变化特点.5PCzVD7HxA1当固定空间位置＜令Z= 0）观察＜6）式随时间地变化关系有(7>I （t＞为相对光强.＜7）式有一下特点：（1）N个有相同频率间隔地同步等幅振荡，可使激光光强变成随时间变化地脉冲序列，脉冲地周期T为..1 （8＞T是光脉冲在腔内来回传播一次所需地时间.（2）在＜7）式地分母趋于零时,可得光脉冲地峰值光强（9＞与＜4）式比较，比自由振荡时地平均光强大了N倍.（3）光脉冲地宽度为(10>是脉冲周期T地1/N,锁住地纵模个数越多,锁模脉宽就越窄，把＜2）式代入＜10）式，得(11>锁模脉宽与增益线宽…成反比，增益线宽越宽，参与相干叠加地纵模个数越多，脉宽就越窄.图1给出E0= 1,N = 5时,＜7）式地计算结果.jLBHrnAILg图1光脉冲序列时间分布2、当固定时间<令t=0）观察<6）式地空间变化关系有(12>为相对光强,<12）式有以下特点：（1）N个有相同频率间隔及同步等幅振荡地纵模，相干叠加后变成了随空间距离周期变化地脉冲激光序列,光脉冲地空间周期为2L.XHAQX74J0X （2）输出光脉冲地峰值强度为(13>式中地g为激光腔镜地透射率•（3）光脉冲地空间宽度为2L/N.锁住地纵模个数越多，光脉冲地空间宽度就越窄•以上描述地是锁模激光地特性.问题是如何实现使腔内同时存在地N个纵模有相同地相位，这就要靠锁模技术•激光锁模地方法有多种•例如在激光腔内放入可饱和吸收元件•这类元件在腔内运转过程中不能用人为地方法控制，故称为被动锁模.有地在激光腔内放置调制元件，对光波进行调幅或调相•这类器件地某些参数可以人为地加以控制，用这类器件实现锁模地则称为主动锁模•主动锁模又分两种，一种是调制振幅地调幅锁模简称AM.另一种是调制频率地调频锁模，简称FM.LDAYtRyKfE本实验采用主动锁模地调幅技术，在激光腔内插入损耗调制器，使激光纵模强度在腔内受到周期性地损耗调制，假设损耗调制地函数形式为Zzz6ZB2Ltk_____ ）（14> 1为调制频率，受到损耗调制地第q个纵模振动可表示为(15>从<15)式可知，除了频率为地振动外还产生了两个边频振动，频率为厂7当丄等于纵模频率间隔时，边频频率正好与地纵模频率一致•它们之间产生了耦合,迫使二与 F 同步.同样，在增益线宽内所有地纵模都会受到相邻纵模产生地边频耦合，迫使所有地纵模都以相同地相位振动，因此实现了同步振荡，达到了锁模地目地.dvzfvkwMIl还可以从时域地角度看，因损耗调制地周期与光在腔内往返一次地时间相同，当调制器损耗为零时通过调制器地光波，在腔内往返一周回到调制器时仍是损耗为零，光波从介质中得到地增益大于腔内地损耗时，这部分光波就会得到不断增强直到饱和稳定.当调制器损耗较大时通过地光波每次回到调制器时都收到较大地损耗,若损耗大于往返一次从介质中得到地增益，这部分光波不能形成激光振荡，所以激光形成了周期为2L/C地光脉冲序列.rqyn14ZNXI二、声光调制原理1、声光衍射效应当介质中有超声波传播时，超声波使介质产生弹性应力或应变，因而使介质地折射率发生变化，光束通过这种介质就会发生衍射，使光束产生偏转、频移或强度变化，这种现象称为声光效应•各向异性晶体折射率随晶体内地方向不同而异，因此声光效应将随声波和光波在晶体中传播方向不同而异，折射率地变化和应变需用张量表示•对各向同性介质应变引起地折射率变化也是各向同性地，声光效应不随声波和光波地传播方向不同而改变.本实验中声光介质用地是熔石英，所以这里只讨论各向同性地情况.EmxvxOtOco当介质中传播着圆频率为Q、波长为A、波长为k,方向指向y轴地平面声波时，这种弹性波在介质中引起地应变S可表示为SixE2yXPq5I (16>S0为应变振幅，弹性应变将使介质中地折射率n发生变化.相应地折射率变化可表示为二I (17> p为介质地声光系数.折射率地变化可写成(18> 其中,_____ I(19>卩为折射率变化地振幅•若在某一时刻观察，折射率在空间地周期分布相当于一块相位光栅，光栅常数等于声波波长，光束通过这种光栅就会发生衍射，如图2所以•根据入射角地不同和声光互作用地长短不同，声光衍射可分作两类，一类叫拉曼一奈斯vRaman-Nath) 衍射，另一类叫布拉格vBragg)衍射.6ewMyirQFL(1)拉曼一奈斯衍射为了简便，让入射光垂直于声波传播方向，且沿通光方向地声光作用区I较短,并有l<l o/2,vl o=一称为特征长度)，就会产生对称于零级地多级衍射，这就是拉曼一奈斯衍射•各级衍射光地方向角9由下式决定: kavU42VRUs(20>式中地m为衍射级,m = 0,± 1, ± 2,…，由于A >>入，衍射角很小地.当声波在介质中以行波方式传播时，介质中折射率变化如<18)式所示，各级衍射光波有以下形式：(21>I 为m级贝塞尔函数，是m级衍射光波地相对振幅飞如下式所示:h (22>E为光波通过声光作用区l获得地最大附加相位差，称为声致相移.①为入射光地圆频率，各级衍射光为单色光，其圆频率变为3 -m Q .除零级衍射光频率不变外, 各级衍射光均发生了多普勒频移，各级衍射光地频率变化如图3所以.图4给出零级、一级和二级相对衍射光强随声致相移E地分布曲线.y6v3ALoS89图4拉曼一奈斯衍射光强与声致相移地关系当声波在介质中以驻波方式传播时，折射率地变化有如下形式图2声光衍射图3弹性行波产生衍射地频移各级衍射光波由下式表示(24> 为第m级贝塞尔函数,是第m级衍射光波地振幅,它受到了__ :地调制，所以各级衍射光不再是单色光,而是含有多种频率成分地合成光,各级衍射光地频率成分如图5所示.M2ub6vSTnP3卡3/7. to*疋土2处"±4広■■■图5弹性驻波产生地衍射地频移对0级衍射光束其强度正比于二口I •由于J o是偶函数，所以其光强将受到2Q频率地调制.(2)布拉格衍射当声光作用区比较长，满足I >2l o,且光波地入射角等于衍射角并满足下列关系式(25>其中m=0,± 1为衍射级,<25)式与晶体中地布拉格衍射相似，所以称为布拉格衍射.9 B为布拉格角，布拉格衍射只有0级和土1级，且土1级不同时存在,0级和1 级地相对衍射强度分别为0YujCfmUCw当E=n时理论上1级衍射效率可达100% .2、驻波型声光器件衍射光强地调制度驻波型声光器件地各级衍射光强是受到调制地，我们定义光强地调制度M 为(26>I max为调制光中光强地极大值，l min为光强地极小值，除0级以外各种衍射光强地调制度均为1.拉曼一奈斯0级衍射光强地eUts8ZQVRd一般光电接收器地光电转换效率是受到频率限制地，当接收器地响应频率大大低于调制频率时，测量地结果通常反映地是光强地平均值•可表示为sQsAEJkW5T_1 （27>在E不很大地范围内<E <2rad）,0级衍射光强地平均值可近似表示为「宀「（28>则0级衍射光强地调制度可近似表示为」（29>(30>」定义为0级衍射光强地平均衍射效率•图6给出驻波型拉曼一奈斯0级平均衍射效率与声致位移地关系曲线.声波地平均能流或声功率P a可用下式表示图6驻波型拉曼一奈斯零级平均衍射效率与声致相移地关系式中P为声光介质密度,V为声速,hl为压电换能器地面积.将<19）和<31）两式依次代入<22）式可得GMslasNXkA(32>式中--------- 称为声光优值.<32）式建立了声功率与声致相移地关系图7零级衍射调制度声功率地关系图7给出了零级衍射调制度与声功率地关系曲线•由图可知声功率不大时，调 制度与声功率近似线性关系•声功率为0.5W 时，调制度约为0.09在实验中通 过测量0级平均衍射效率可以求得调制度地大小，再由图7可以得到相应地 声功率，从调制器地驱动电源上可读出电功率地大小 ，从而可以得到电声功率 地转换效率n s .TIrRGchYzg___(33>P e 为加在换能器上地电功率3、 声光调制器 在锁模激光器中驻波型地声光器件结构 如图8所示,除电极以外主要由四部分组 成•图中①是压电换能器，它把外加一定频 率地电磁波转换成机械波，其厚度为声波 地半波长.②是键合层，作用是把压电层地 机械振动耦合到声光介质中去形成超声波 ③是声光介质，即声光作用区，其厚度是声波半波长地整倍数•④是反射层，使声波在声光介质中形成驻波•光束通过声 驻波介质地衍射，其0级衍射光强将获得二倍于外加电源驱动频率地调制 •当 此调制频率正好等于激光纵模频率时，声光调制器就能实现损耗调制•对于输 出波长为633nm 地He-Ne 激光器，其增益系数不大，每M 约为10%左右，若腔 内损耗大于增益时，激光将不能产生振荡•若声光调制器地衍射损耗能在 0和 10%之间调制变化，就能对633nm 激光进行锁模控制•拉曼一奈斯型0级衍射 性能即可达到上述要求，而且入射光束与0级衍光束方向一致，给实验调节带 来很大方便.7EqZcWLZNX三、实验装置及内容1、 实验装置实验装置如图9所示丄as 为He-Ne 放电管；M 。
一、实验目的1. 理解声光调制的基本原理和过程。
2. 掌握声光调制器的构造和操作方法。
3. 通过实验验证声光调制器的调制效果，并分析调制质量。
二、实验原理声光调制是一种利用声波对光波进行调制的方法。
当光波通过一个受到超声波扰动的介质时，光波的相位和强度会受到调制。
这种调制方法具有调制速度快、频带宽、抗干扰能力强等优点。
声光调制器主要由声光介质、电声换能器、吸声装置及驱动电源等组成。
当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性变化，导致介质的折射率也发生相应的变化。
当光束通过有超声波的介质后，就会产生衍射现象，从而实现光波的调制。
三、实验器材1. 声光调制器2. 激光器3. 光功率计4. 滤光片5. 调制信号发生器6. 吸声装置7. 驱动电源8. 信号线四、实验步骤1. 将声光调制器安装在实验平台上，调整激光器光路，使激光束垂直照射到声光介质上。
2. 将调制信号发生器输出信号连接到电声换能器，调节电声换能器的输出功率，使超声波在介质中产生稳定的调制效果。
3. 将激光束通过滤光片，调整光功率计，记录激光束的原始功率。
4. 改变调制信号发生器的输出频率，观察光功率计的示数变化，记录调制效果。
5. 调整调制信号发生器的输出幅度，观察光功率计的示数变化，记录调制效果。
6. 在实验过程中，注意观察吸声装置的作用，确保实验环境中的声波对调制效果的影响降至最低。
五、实验结果与分析1. 在实验过程中，当调制信号发生器的输出频率为f1时，光功率计的示数出现明显变化，说明调制效果较好。
当调制信号发生器的输出频率为f2时，光功率计的示数变化不明显，说明调制效果较差。
2. 当调制信号发生器的输出幅度为A1时，光功率计的示数出现明显变化，说明调制效果较好。
当调制信号发生器的输出幅度为A2时，光功率计的示数变化不明显，说明调制效果较差。
3. 通过实验，验证了声光调制器在调制信号频率和幅度方面的调制效果。
声光调制实验讲义前言早在本世纪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良好的光源，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应用。
声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。
近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q 开关。
由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。
一.实验目的1、了解声光器件工作原理。
2、掌握声光相互作用原理。
3、观察布拉格衍射现象。
4、研究声光调制和声光偏转的特性。
二.实验原理（一）激光调制技术的发展激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似，可以用来作为传递信息的载波。
激光具有很高的频率（约1013~1015Hz）可供利用的频带很宽，故传递信息的容量大。
再有，光具有极短的波长和极快的传递速度，加上光波的独立传播特性，可以借助光学系统，把一个面上的二维信息以很高的分辨率瞬间传递到另一个面上，为二维并行光学信息处理提供条件。
所以激光是传递信息（包括语言、文字、图象、符号等）的一种很理想的光源。
要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上的问题，例如激光电话，就需要将语言信息加在于激光，由激光“携带”信息通过一定的传输通道（大气、光纤等）送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息，从而完成通话的目的。
这种将信息加载于激光的过程称之为调制，完成这一过程的装置成为调制器。
其中激光成为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。
激光光波的电场强度是e c=A c cos(ωc t+фc)，式中，A c为振幅，ωc为角频率，фc为相位角。
既然激光具有振幅、频率、相位、强度、偏振等参量，如果能够利用某种物理方法改变光波的某一参量，使其按调制信号的规律变化，那么激光就受到了信号的调制，达到“运载”信息的目的。
实现激光调制的方法很多，根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制两种。
内调制是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。
例如，注入式半导体激光器是用调制信号直接改变它的泵浦驱动电流，使输出的激光强度受到调制（这种方式也称为直接调制）。
还有一种内调制方式是在激光谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制元件的物理特性的变化，以改变谐振腔的参数，从而改变激光器输出特性。
内调制主要用在光通信的注入式半导体光源中。
外调制是指激光形成之后，在激光器外的电路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。
由于外调制的调整方便，而且对激光器没有影响，同时外调制方式不受半导体器件工作速率的限制，故它比内调制的调制速率高（约高一个数量级），调制带宽要宽得多，所以在未来的高速率、大容量的光通信激光信息处理应用中，更受人们的重视。
激光调制技术为光通信、光信息处理等应用提供了很好的信息载波源，随着各种调制技术的发展，特别是近十几年来，国内外对空间光调制器的研究和发展，大大推动了光通信、实时光信息处理、光计算、光存储等应用技术的迅猛发展。
（二）声光调制的物理基础1，弹光效应若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用下发生形变，分子间因相互作用力发生改变而产生相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性改变。
这种由于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光效应。
弹光效应存在于一切物态。
弹光效应可以用于描述光电效应类似的方法描述，即表示为KL ijkl ij S p n =⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆21 (2.1) 式中⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆21ij n 表示介质的逆介电张量的增量，KL S 为应变张量，ijkl P 为弹光系数量。
(2.1)式中只考虑了弹光效应的线性项而忽略了高次项。
这是因为弹光效应的高次项较之线性项(kl S 正常为510-量级)为更小的量。
考虑到应变张量klS 和介质电张量的增量⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆21ijn 皆为对称张量，(2.1)式可简化为 n ij ms p n =⎪⎭⎫⎝⎛∆21 （m,n = 1，2，…，6） (2.2) 于是可将(2.1)式写成如下矩阵形式⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆∆∆∆∆654321666564636261565554535251464544434241363534333231262524232221161514131211262524232221111111S S S S S S p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p p n n n n n n (2.3) 当介质存在应变力时，其折射率椭球方程为11122=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+j i ij ijx x n n (2.4)弹光系数张量p ij 的36个分量的取值及各分量之间的关系和介质的结构对称性有关。
下面以铌酸锂(LiNbO 3)为例。
铌酸锂晶体属于三方晶系，3m 晶类。
其弹光系数矩阵为ij p = 1112131412111313133341414444411411120000000000000001000()2p p p p p p p p p p p p p p p p p p ⎛⎫⎪ ⎪⎪ ⎪- ⎪⎪ ⎪⎪- ⎪⎝⎭(2.5)假设有平行于x 轴方向的单向张应变力作用于晶体，并设由此产生的应变量为s 1。
在应力作用下，折射率椭球发生了变化。
根据三方晶系的弹光系数矩阵可写出=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆∆∆∆262524232221111111n n n n n n ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--)(210000000000000000121141414444414133131313111214131211p p p p p p p p p p p p p p p p p p ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡000001s (2.6)由此得出⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=∆=∆+=∆+=∆+=∆+=∆01111111111262511422411322311220221112021n n sp n n sp n n sp n n s p n n (2.7) 则(2.4)式可变为 222121113124113222000111()()()1p s x p s x p s x n n n +++++= (2.8) 进一步来说，对于不同晶类中的不同晶体，由于它们的p ij 值各不相同。
因此在不同的应变条件下所产生的弹光效应的大小也不完全相同。
对铌酸锂晶体，波长λs =0.633μm ，p 11=－0.026，p 12 =0.090，p 13 =0.133，p 14=－0.075，p 33 =0.071，p 41 =－0.151，p 44 =0.145。
代入(2.7)式便可求得各方向上的折射率。
2，声光栅如上所述，当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的。
这部分受扰动的介质等效为一个“相位光栅”。
其光栅常数就是声波波长λs ，这种光栅称为超声光栅。
声波在介质中传播时，有行波和驻波两种形式。
特点是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立不动的。
当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。
到达另一端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。
由于机械波的压缩和伸长作用，则在声光晶体中形成行波式的疏密相间的构造，也就是行波形式的光栅。
当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。
如果遇见反声物质，超声波将被反声物质反射，在返回途中和入射波叠加而在声光晶体中形成驻波。
由于机械波压缩伸长作用，在声光晶体中形成驻波形式的疏密相同的构造，也就是驻波形式的光栅。
首先考虑行波的情况，设平面纵声波在介质中沿x 方向传播，声波扰动介质中的质点位移可写成()x k t u u s s -=ωcos 01 (2.9)μ0是质点振动的振幅，ωs 是声波频率，k s 是声波波矢量的模。
相应的应变场是 ()x k t k u xu S s s s -=∂∂-=ωs i n01(2.10) 对各向同性介质，折射率分布为()()x k t n n t x n s s -∆+=ωsin , (2.11)声行波在某一瞬间是对介质的作用情况如图2.1所示。
图中密集区（黑）表示介质受到压缩，密度增大，相应的折射率也增大；稀疏区（白）表示介质密度变小，折射率减小。
介质折射率n 增大或减小呈现交替变化，变化的周期是声波周期，同时又以声速sss k v ω=向前传播。
图2.1声行波形成的超声光栅对于驻波的情况，考虑两个相向传播的同频声行波的叠加，质点位移可以写成)sin()cos(201t x k u u s s ω= (2.12)而介质折射率为())sin()sin(,t x k n n t x n s s ω∆+= (2.13)图2.2 声驻波形成的超声光栅∆应是(2.11)式的2倍。
图2.1给出了声驻波情况因驻波效应(2.13)式中的n下介质折射率的变化情况，其中在图中的曲线t+T s/4和t+3T s/4表示左、右行波。
从图中可见，声波在一个周期T s之内，介质呈现两层疏密层结构，在波节处介质密度保持不变，因而在波腹处折射率每隔半个周期T s/2就变化一次。
这样，作为超声光栅，它将交替出现和消失，其交替变化的频率为原驻波周期的二倍，即2ωs。
3，声光效应声光效应是指光波在介质中传播时，被超声波场衍射或散射的现象。
由于声波是一种弹性波，声波在介质中传播会产生弹性应力或应变，这种现象称为弹光效应。
介质弹性形变导致介质密度交替变化，从而引起介质折射率的周期变化，并形成折射率光栅。
当光波在介质中传播时，就会发生衍射现象，衍射光的强度、频率和方向等将随着超生场的变化而变化。
声光调制就是基于这种效应来实现其光调制及光偏转的。
下面我们由量子的角度来分析声光衍射效应。
