机械波在透明媒质中传播时,媒质折射率发生空间周期性变化,使通过媒质的光线发生改变的现象。当波长较长,且光束宽度比机械波波长小时,媒质折射率的空间变化会使光线发生偏转或聚焦;当机械波波长缩短,且光束宽度比机械波波长大得多时,这种折射率的周期性变化起着光栅的作用,使入射光束发生衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着机械波场而变化。其中衍射光偏转角随机械波播出的变化现象称为偏转;衍射光强度随机械波功率而变化的现象称为调制。
对于短波机械波,且光束穿越机械波场的作用距离较大的情形,类似于X射线在点阵上的衍射作用,光束通过机械波场后,出射光束的一侧出现较强的一级衍射光,称为布喇格衍射。[1]
衍射可以分为拉曼-拉斯(Raman-Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射两种情况。本实验室主要研究钼酸铅晶体介质中的布拉格衍射现象。 原理
布拉格方程:θB=sinθB=λfs/2nvs,其中θB为布拉格角,λ为激光波长,n为介质折射率,vs为机械波在介质中的速率。由此知不同的波长对应不同的偏转角φ=2θB,所以可以通过改变机械波波长实现偏转。
布拉格一级衍射效率为:η1=I1/Ii=sin2((π/λ)(LM2Ps/2H)1/2),其中Ps为机械波功率,M2为材料的品质因素,L、H分别表示换能器的长和宽。由此知当功率改变时,η1也随之改变,因而可实现调制。[1]
1922年,L.N.布里渊在理论上预言了衍射;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衍射现象。从1966年到1976年期间,衍射理论、新材料及高性能器件的设计和制造工艺都得到迅速发展。1970年,实现了表面波对导光波的衍射,并研制成功表面(或薄膜)器件。1976年后,随着技术的发展,信号处理已成为光信号处理的一个分支。[1]
①完成实验仪器的连接。
②打开激光器、光强仪、示波器,调节光路,直至在示波器上显示一稳定完整的单峰波形。 示波器
③接着打开功率信号源,微调转角平台,直至示波器上显示出布拉格衍射的零、一级衍射图像即一个良好的双峰波形。
④最后测量偏转和调制曲线;
⑤为了获得理想波形,有时需要反复调节激光器、转角平台、光强仪等。
在严格执行实验步骤的条件下,注意以下几点: 失真波形
①尽量避免地面、桌面、光具座等的晃动;