声光偏转器物理原理

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1、声光偏转器物理原理-----主要方程式将具有一个射频信号的压电传感器粘固在合适的晶体上，那么就会产生一个声波。类似“相位光栅”，声波以介质中的声速穿过晶体，声波波长取决于射频信号频率。任意入射光束通过该光栅时都会发生衍射，通常都会产生很多条衍射光束。相互作用条件参数品质因数Q，决定相互作用机制。Q如下式给出：式中，为激光束的波长，n是晶体的折射率，L是光束穿过声波的距离，是声波波长Q<<1:Raman-Nath衍射机制。光束大致垂直入射声波束，会出现一些衍射条纹，其强度可由Bessel函数得出。Q>>1:Bragg衍射机制。以特定角入射，只有一条衍射条纹—其

2、他条纹通过干涉相互抵消在中间情况下，单独的分析处理是不可能的，要通过电脑完成一系列分析。（Intheintermediatesituation,ananalyticaltreatmentisn'tpossibleandanumericalanalysiswouldneedtobeperformedbycomputer）.大多数声光设备运行在Bragg机制下，常见的例外就是声光模式的锁模和Q-开关（Mostacousto-opticdevicesoperateintheBraggregime,thecommonexceptionbeingacousto-opt

3、icmodelockersandQ-switches.）波矢解释声光效应可以用波矢来描述。由动量守恒可得：-入射光波矢-衍射光波矢.-声波波矢这里F是声波的频率，声速为v，ni和nd是入射光和衍射光下的折射率（它们并不是一定相同的）能量守恒推得：Fd=Fi+/-F所以衍射光的光频率近似等于声波的频率。当F<

4、特性各向同性相互作用各向同性相互作用也称纵模相互作用。这种情况下，声波纵向穿过晶体，入射光束与衍射光束折射率相同。这时会有很好的对称性，入射角与衍射角对称。作用过程中偏振性没有变化。该效应通常发生在同质晶体或者适当切割的双折射晶体中。在各向同性情况下，入射光的入射角一定等于Bragg角:这里，是晶体中的波长，v是声速，F是射频频率。一阶光束与零级光束之间的夹角是入射角的两倍，也就是Bragg角的两倍。衍射光强I1直接受声波功率P的控制这里，I0是入射光光强，M2是晶体的声光品质值（acousto-opticfigureofmeritforthecrystal

5、），H和L是声波束的高度和长度，是入射光束的波长。衍射效率（相对值）是比值I1/I0对于给定的情况，如果射频频率与Bragg准则需求略有不同，就会发生衍射。但是衍射效率会下降。情况如下所示，这里声波矢K比理想“Bragg”波矢K0要长。得出一个复杂的分析结果：式中，，被称为相位差（phaseasynchronism）在各向同性时:对于精确的Bragg频率，且效率最大；当增加时，衍射效率下降直至减少为零。如果在可接受衍射效率下进行一个较低的限制，那么就给一个限制。反过来说，这也意味着的最大值并且定义了设备的射频带宽。增加比值（声发散），就可以增加射频带宽。随着

6、射频频率的不同，衍射光束的方向也会变化。这就是声光偏转器的原理。各向异性各向异性相互作用中，从另一方面说，入射光折射率与衍射光折射率将会不同，因为相互作用中偏振相关发生了改变。如下图所示，声波矢量K1连接入射和衍射波的指数曲线。（K2只是简单的代表不同射频频率下的类似相互作用）在二氧化碲这样具体的例子中，声速会急速减少，这种不对称性不仅影响了折射率的变化也影响了声波在横模中的传输。在声波和光波带宽各向异性相互作用通常可以增加效率。它们几乎被普遍用于大口径设备。二氧化碲横模处，声速的降低，使得该材料常被用于高分辨率偏转器。横模设备的带宽增加值可以由下图直接看出

7、，选择互动配置故而，声波矢量与衍射光束指数椭圆相切。这也就意味着当衍射光束波矢长度有一个小的变化时，声波矢量会有非常大的不同。所以，在这种情况下，（因此，）对于射频频率改变很迟钝横模相互作用分析非常复杂，需要晶体切割、折射率、方向的详细信息。然而，横模相互作用具有很多优势，大多数偏转器所有的声光可调滤光器运用的都是横模相互作用。但是减慢的声速使得该设备运行比纵模的要慢，某些情况下这也可以看做是它的缺点。布拉格细胞（BRAGGCELL）的结构尽管声波效应在液体中很容易观察到，实际上射频频率在MHz到GHz的设备常用晶体玻璃作为相互作用介质压电传感器按射频频率驱

8、动时就会产生声波（图6）该传感器放在两个电极之间。传