光电子技术(声光调制和声光偏转)

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1、4.6声光调制的物理基础4.6.1超声波的概念4.6.2声光效应4.6.3拉曼——奈斯衍射4.6.4布拉格衍射4.6.5声光调制4.6.6声光偏转4.6.1超声波的概念世界因为有了声音而充满欢乐。我们平常听到的各种声音只是声音世界中的一部分，范围在20赫兹至20000赫兹之间，而20000赫兹以上的声音是超声，尽管听不到，却很有意义。超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播。它的应用就是按照这两个特点展开的。理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比．超声波在介质中传播时，介质质点振动

2、的频率很高，因而能量很大。超声波的应用1蝙蝠非常善于使用超声。它们用喉头发出20千赫至120千赫之间的超声啾鸣，用耳朵接收障碍物的反射回波，以这个回波来判断猎物的距离、方位、形状和速度。那份灵巧和精确让人瞠目。模仿蝙蝠使用超声的道理，人类发明了声纳这种装在船只及潜艇上的装置。靠超声在水中传播时碰到物体产生回波，来测定距离，确定位置。能发现对手，或保证航行安全。合成孔径声纳可以用于海底测量，水下考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有重要的意义。可拦截鱼雷的脉冲声波发射系统在探测到敌方发射的鱼雷后

3、，这些声波转换器可在瞬间发射出高能脉冲声波，其强度足以摧毁或者提前引爆被锁定的鱼雷。由于是在水下，声波拦截鱼雷时的速度可达1.5千米/秒。超声波的应用2超声不仅是信息载体，还是一种能量形式，在传播时可以进行能量的转换。超声波加湿器就是一个很简单的例子。它的关键部件是压电陶瓷，通电之后，把高频电转化为超声，使很强的超声波从下方发出。在水面的局部小区域内，声能转化为机械能，引发起强大的机械力，把水“打碎”，并喷射出来，形成水雾，加湿空气。在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风

4、扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度．这就是超声波加湿器的原理。对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位．利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效．利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎．超声波的应用3超声清洗。把表面生锈和沾有脏污的物体浸泡在水一类的清洗液中，送入一定量的超声，使污物从工件表面脱落下来。金银珠宝配带久了，失去光泽，变得难以入目，化学清洗会损伤饰物表面，而超声清洗可以整旧如新取得理想的效果。超声悬浮是借助超声产生的强大声场将颗粒或液滴托起，在密闭装置内进行实验，保持超纯度，超精

5、度。超声马达是利用压电陶瓷把电信号转化成超声振动，产生一定的力，带动马达工作，平稳、速度可调、不怕磁干扰，小的可用于相机的变焦镜头，大的甚至可以代替现有的汽车马达。超声焊接是利用超声的高频振动，把两个不同的物件连接在一起，因为它基本不发热、不变形，在微电子工业中用来焊接集成电路芯片，尤其是它能焊接某些特殊的稀有金属，在核工业、空间技术等领域可以开发更多的用途。超声波的应用44.6声光调制的物理基础4.6.1超声波的概念4.6.2声光效应4.6.3拉曼——奈斯衍射4.6.4布拉格衍射4.6.5声光调制4.6.6声光偏转4.6.2

6、声光效应晶体光学性质的变化，不仅可以通过外加电场的作用实现，外力的作用也能够造成折射率的改变。弹光效应：由于外力作用而引起介质光学性质变化的现象。声波作为一种弹性波，在晶体中传播时，会造成介质密度的疏密变化，使得介质的折射率分布也随之改变。声光效应：由于声波作用而引起光学性质变化的现象，声光效应是弹光效应的一种。声光效应与电光效应相似之处：晶体在受到外部作用后，才出现光学性质的变化，具体表现为折射率的分布发生改变。区别：电光效应中，外加电场的加入是起因。声光效应中，造成折射率变化的因素是应变或应力。4.6声光调制的物理基础4.

7、6.1超声波的概念4.6.2声光效应4.6.3拉曼——奈斯衍射4.6.4布拉格衍射4.6.5声光调制4.6.6声光偏转4.6.3拉曼——奈斯衍射1、声光衍射的定性描述：在晶体中传播的超声波，会造成晶体的局部压缩或伸长，这种由于机械应力引起的弹光效应使晶体的介电常量发生变化，因而折射率也发生变化。2、在介质中形成了周期性的有不同折射率的间隔层，这些层以声速运动，层间保持声波波长一半（λs/2）的距离，当光通过这种分层结构时，就发生衍射，引起光强度、频率和方向随超声场的变化。声光衍射根据光波波长、声波波长，以及相互作用区域的长度等

8、因素，将声光衍射分为：拉曼——奈斯衍射布拉格衍射4.6.3拉曼——奈斯衍射1、在低声频和声波束的宽度（即声光相互作用）L不大的情况下且k⊥ks时可以将声光介质看成一块普通的位相光栅。2、光束在介质中传播时，由于折射率随介质密度的变化，使得出射光波的波前已不再是平面波的波面，而