【实验技术成果】用声波来调控光波的极限探究：声光调制器渡越时间的测量仪
声光效应是介质中的声波（机械波）对其内部传播的光波（电磁波）产生衍射的一种典型的物理现象，也可以看作是声子与光子相互作用的一种非线性过程。在声光效应中，存在一种非常重要的衍射现象“布拉格衍射”。它不仅衍射效率极高（理论上可达到100%），速度快，而且可以有效地调控入射光束的偏振态、传输方向、强度、频率、相位等多个光波参数，与的应用场景相结合，成为光电子领域（光通讯领域、光计算与光传感、红外成像、激光技术、激光显示、引力波测量与惯导等）中光场高速调控的核心技术。
图1.声光效应中电、声、光知识点的概念及联通关系
声光调制器作为声光效应的重要载体是光电子领域的重要单元器件，其中调制器的渡越时间直接决定了该器件的调制速率与工作性能，成为了该器件的核心参数。本项目创新性的从声光电互为耦合的角度出发，从射频电信号出发获取超声波声场，然后在声光晶体内部构建动态声致光栅，采用声波时域反射的技术获取声致光栅形成的时间，并计算分析出声波对光场调控的极限，使学生深刻理解电信号---声波场---光束调控的物理观念，激发学生的创新性意识以及强有力的动手能力。
图2 声波时域反射测量技术
本实验教学仪器从提升学生的体验性、参与性、探索性出发，将声学、电学和光学技术有机的融合在仪器，通过自主研发的实验仪器，让学生参与到被测器件的设计上来，同时，学生自主搭建测试平台，获取核心参数，计算与实验测量交叉验证，在深刻理解声波时域反射测声速方法的基础上，感受从电控信号到声场传播，再到声光调控的技术魅力，将不同学科中涉及到的逆压电效应、声致弹光效应、声光效应等知识有机融合，促进学生在交叉学科中梳理知识体系，学会融会贯通。封装的器件与测试平台如图2所示。
图3 学生自主设计的声光调制器样品，搭建的渡越时间测量仪
围绕该实验仪器的开发，指导学生发表高水平SCI论文2篇，授权国家发明专利3项，不仅丰富和完善了《激光原理与技术》实验课程内容，而且为激光技术领域声光效应核心参数的测量与实验教学提供重要的教学仪器。
该成果获2024年华中科技大学第十三届实验技术成果二等奖。
作者单位：光学与电子信息学院
撰写：朱广志
审阅：张敏明
