声光Naman-Nath衍射特性的研究.pdfVIP

第 28卷第 9期 大 学 物 理 Vo1．28No．9 2009年 9月 C0LLEGE PHYSICS Sep．2009 声光 Naman—Nath衍射特性的研究 李武军，王晓颖 (西安工业大学 数理系 ，陕西 西安 710032) 摘要 ：讨论 了液体介质中的超声相位光栅 的形成 ，根据声光相互作用类型的区分标准 ，在液体介质的超声光栅实验 中声 光相互作用一般为 Naman—Nath衍射 ；相位光栅可以由声行波和声驻波形成 ，且形成 的各级衍射条纹极大均 由相 同的光栅方 程决定，各级衍射条纹的强度由相应阶次的j2()函数值决定；在此基础上给出了衍射条纹和衍射光强的分布特点． 关键词 ：声光效应 ；Naman—Nath衍射 ；衍射条纹；超声光栅 中图分类号：O426．3 文献标识码 ：A 文章编号：1000-0712(2009)09-0025-03 超声波在介质中传播时会引起介质密度呈现疏 射率分布如图1所示 ．由图可见 ，折射率的极大值 密交替的周期性变化，从而介质中各点的折射率也 和极小值分别出现在相邻的声场振幅为零处 ；介质 会产生相应的周期性变化．超声波使介质折射率形 的折射率增大或减小交替变化，并以声速向前推进； 成的这种周期性分布可等效为一 “相位光栅”，或称 且介质中折射率分布的空间周期等于超声波长 A． 为超声光栅，光束通过这种介质时会产生衍射现象， 衍射光的强度 、频率 、方 向都会随着介质折射率分布 的不同而发生变化．超声波形成 的这种 “相位光栅 ” 是一种可擦除的实时光栅 ，其光栅 常量和相位调制 深度可以通过超声波的频率和振幅加以控制．因而 可以方便地利用声波来控制光束的强度和方向，并 且光束通过声场衍射时不会对声场产生任何干扰 ， 也能用于探测有光区域的声场特性 ，为研究声场提 供了有效的方法 。．本文针对液体介质的特点，分 图1 超声行波引起 的折射率分布 析了液体介质中超声相位光栅的形成，讨论了其产 生的衍射条纹和衍射光强分布的特点． 对于超声驻波场 ，其引起 的介质 中折射率分布 也是驻波形式．与超声行波场同样分析可知 ，超声驻 1 液体 中的超声相位光栅 波引起的介质折射率分布所形成的驻波波腹分别对 液体介质中超声波可以以行波和驻波两种形式 应于超声驻波的波节 ，而折射率分布所形成的驻波 存在 ，当考虑光波的速度 (10。m／s)远大于液体中声 波节分别对应于超声驻波 的波腹．且介质折射率分 波的速度 (10 m／s)和声波引起介质的折射率变化 布每隔半个周期 (T／2)在波腹处变化一次，由极大 很小的情况下 ，略去介质折射率分布对时间的依赖 变为极小 (或由极小变为极大)；在两次变化 中间的 关系，则超声行波场和超声驻波场 引起的介质折射 瞬间，介质 中各处的折射率相同(即每半个声波周 率分布均可写为 期介质各处相当于无声场作用)，即在超声波 的一 n()=n0+Ansinkx (1) 个周期 内，超声光栅出现和消失的次数为2次．但与 其中n。为无超声场作用时的折射率 ，为声波的波 超声行波场相同，超声驻波场形成 的折射率空间分 矢量 ，An=一n。3P5。／2为超声场引起折射率变化的幅 布周期仍为声波的波长 A． 度 ，P为介质的弹光系数 ，S。为超声场引起介质的弹