多束超声波的声光效应探究.pdf

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1、第36卷第4期压电与声光Vo1．36No．42014年O8月PIEZOELECTRICS8LACOUST0OPTICSAug．2O14文章编号：1004—2474(2014)04—0519-04多束超声波的声光效应探究田堂胜，姚依森，史卓，严一民(电子科技大学物理电子学院，四川成都610054)摘要：单束激光照射由单个超声波源作用下的声光介质产生布喇格衍射现象。现考虑由多束超声波作用下的声光效应现象，并着重探究多束超声波作用下波源信号变化对声光效应产生的影响。利用麦克斯韦方程推导出声波产生的应力与介质折射率之间的关系，然后用MATLAB进行应力分布和光路仿真验证。结果表明，利用这种方法得

2、出的声光介质具有光晶体的性质。关键词：多波束；超声波；激光；声光效应；衍射；折射率；仿真中图分类号：O426．3；TN65文献标识码：AInvestigationontheAcousto—opticEffectofMultipleUltrasonicBeamsTIANTangsheng，YAOYiseng，SHIZhuo，YANYimin(CollegeofPhysical，UniversityofElectronicTechnologyofChina，Chengdu610054，China)Abstract：Singlebeamlaserirradiationbyacousto—opt

3、icmediumundertheeffectofasingleultrasoundsourcecausestheBraggdiffractionphenomenon．Consideringofacousto—opticeffectundermultipleultrasonicbeams，theinvestigationwasfocusedontheinfluencetOacousto—opticeffectwiththechangingofsourcesignalundermultipleultrasonicbeams．Therelationshipbetweenstresscaused

4、byultrasonicwavesandrefractivityofmediumwasderivedbyMaxwel1equations．ThestressdistributionandthelightpathsimulationwereprovedbyMATLAB．Resultshowedthisacousto—opticmediumhadthecharacteristicsofopticcrysta1．Keywords：multiple—beam；ultrasonicwaves；laser；photoacousticeffect；diffraction；refractivity；si

5、mulation0引言超声波在空气中传播是纵波，在固体中传播主要也是纵波，但附带有横波，固体可同时承受切应力j和张应力，因此声波在固体中传播时会同时存在纵O波和横波。由于其中纵波的作用效果远大于横波的作用效果，所以在这里我们仅研究纵波作用，其在介质传播过程中由于其自身能量的疏密间隔的周期性分布，会对介质产生拉伸或压缩的作用，引起介质内f超声波部应力分布的变化，从而引起介质折射率的变化。图1单束超声波入射声光相互作用示意图1介质应变及折射率分布电介质中的麦克斯韦方程给出了电位移D与超声波沿Y轴正方向传播为纵波(见图1)。在电场强度E之间的关系：超声波作用下声光介质的折射率发生变化，呈周期D

6、—eE+P(1)性分布_1]。其原理是在这里采用的声光介质是各向式中：e为介电常数；P为电极化强度(电偶极矩在同性材料，在各向同性材料中光不管以什么方向穿介质中形成的矢量场)，物理上电极化强度可认为是过介质都有相同的行为。介质对光电场的响应。522压电与声光一E。一fb，(6)一I。()(16)质。由图1O还可知，光强度分布呈现波纹状，集中其中分布在4个半区域内。10Cb(17)6结束语jt(a)一(一1)J(a)(18)多束超声波作用下，各向同性的声光介质表现当声光作用距离L

7、一sini+m(19)布结果。在本探究过程中首先通过理论上的分析得A0式中i为入射光波矢与超声波波阵面之间的夹角。出初步猜想，然后又经过仿真验证，最终得出结果。对于本结论应用方面可采用这种方法得到一种人工布喇格衍射时，布喇格角sini。=a／(2A)。衍射光相对于入射光的偏转角有制作光晶体的新方法，其优点在于造价低，且对于晶体的晶格间距可通过调整超声波的频率来改变，从一2iB≈一，s(2o)而实现可变晶格晶体的制作。式中：73为声速