聲光調(diào)制原理

當(dāng)聲波在某些介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)隨時(shí)間與空間的周期性的彈性應(yīng)變，造成介質(zhì)密度（或光折射率）的周期變化。介質(zhì)隨超聲應(yīng)變與折射率變化的這一特性，可使光在介質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生衍射，從而產(chǎn)生聲光效應(yīng)：存在于超聲波中的此類介質(zhì)可視為一種由聲波形成的位相光柵（稱為聲光柵），其光柵的柵距（光柵常數(shù)）即為聲波波長。當(dāng)一束平行光束通過聲光介質(zhì)時(shí)，光波就會(huì)被該聲光柵所衍射而改變光的傳播方向，并使光強(qiáng)在空間作重新分布。

聲光器件由聲光介質(zhì)和換能器兩部分組成。前者常用的有鉬酸鉛（PM）、氧化碲等，后者為由射頻壓電換能器組成的超聲波發(fā)生器。如圖1所示為聲光調(diào)制原理圖。

圖1 聲光調(diào)制的原理

理論分析指出，當(dāng)入射角（入射光與超聲波面間的夾角）滿足以下條件時(shí)，衍射光最強(qiáng)。

（1）

式中N為衍射光的級(jí)數(shù)，、k分別為入射光的波長和波數(shù)，與K分別為超聲波的波長和波數(shù)

聲光衍射主要分為布拉格（Bragg）衍射和喇曼-奈斯（Raman-Nath）衍射兩種類型。前者通常聲頻較高，聲光作用程較長；后者則反之。由于布拉格衍射效率較高，故一般聲光器件主要工作在僅出現(xiàn)一級(jí)光（N=1）的布拉格區(qū)。

滿足布拉格衍射的條件是： 

（2）

（式中F與分別為超聲波的頻率與速度，為光波的波長）

當(dāng)滿足入射角較小，且 的布拉格衍射條件下，由（1）式可知，此時(shí) ，并有最強(qiáng)的正一級(jí)（或負(fù)一級(jí)）的衍射光呈現(xiàn)。

入射（掠射）角與衍射角之和稱為偏轉(zhuǎn)角（參見圖1），由（2）式：

（3）

由此可見，當(dāng)聲波頻率F改變時(shí)，衍射光的方向亦將隨之線性地改變。

同時(shí)由此也可求得超聲波在介質(zhì)中的傳播速度為：

（4）