第五讲光波在声光晶体中的传播汇总ppt课件.ppt

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1、《光电子技术》PhotoelectronicTechnique第五讲光波在声光晶体中的传播周自刚本讲主要内容35一、声光栅三、拉曼-纳斯衍射四、布拉格衍射二、声致折射率变化当光波和声波同时射到晶体上时，声波和光波之间将会产生相互作用，从而可用于控制光束，如使光束发生偏转、使光强和频率发生变化等，这种晶体称为声光晶体（AcousticOpticalCrystal）。二氧化碲晶体1、声光晶体一、声光栅341、声光晶体一、声光栅材料：钼酸铅(PbMoO4)、二氧化碲(TeO2)、硫代砷酸砣(Tl3AsS4)等。器件:声光偏转器、声光调制器、声光滤波器等

2、。功能：脉冲压缩、射频频谱分析等。应用：激光雷达、电视、屏幕显示扫描、光存储器、激光通信等。332、声光效应一、声光栅声波在介质中传播时，由于弹性应变，其折射率随空间和时间周期地变化，光通过介质时会发生衍射（或散射），这种现象称为声光效应。声光效应包含三层含义：1)在介质中必须存在超声场。2)弹光效应。3)光被介质中的超声波场衍射（或散射）。323、弹光效应一、声光栅当介质中有超声波传播时，由于超声波是弹性波，在介质中产生随时间和空间周期变化的弹性应变，因而介质中各点的折射率就会随着该点上的弹性应变而发生相应的改变，光被介质衍射或散射。超声波→弹

3、性力→弹性应变→正弦相位光栅→光衍射→光的传播特性变化31介质折射率也随着周期性变化。4、声光栅一、声光栅30声波是一种弹性波（纵向应力波），使介质产生弹性形变，激起各质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化。超声场作用像一个光学的“相位光栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波长s。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。4、声光栅一、声光栅行波驻波由声速为光速(108m)的数十万分之一，运动的“声光栅”可以看作是静止的。声波的角频率为s，波矢为ks(＝2/s)。29

4、1、超声行波声波的方程为应变：位移在x方向变化率，即单位长度伸长量。S0－弹性应变振幅()，ks－超声波的波失，ωs－超声波的频率二、声致折射率变化28vsx0超声行波对介质作用的应变二、声致折射率变化根据弹性应变和折射率变化的关系P－弹光系数声波传播使折射率变化的最大值是由P，S0决定。△n—折射率变化的瞬时值，是时间和坐标的函数。1、超声行波27二、声致折射率变化介质折射率随时间变化的函数：n----不存在超声波时的折射率。1、超声行波26nvsxn0ns超声行波作用介质折射率的变化二、声致折射率变化假设参数相同的两列波，应变为：则合成声

5、波方程-声波的周期，-声波的波长2、超声驻波25各点的振动达到最大位移。在波节处介质的密度变化最大－n最大。这时，介质的折射率变化最大，在一周期的其他时间，折射率变化介于最大和零之间。二、声致折射率变化2、超声驻波24（1）在一周期内的折射率变化二、声致折射率变化2、超声驻波23（2）折射率变化的频率2fs二、声致折射率变化（3）声光栅在空间固定不变2、超声驻波22二、声致折射率变化结论Δ对于行波，相位光栅的变化频率为fs。Δ对于驻波，在T时间内t=0，T/2，T各点不振动时，这时无相位光栅，即相位光栅出现的频率为2fs。21声波传播方向声波传播

6、方向光波进入声光晶体的方式对光波有何影响？入射光波入射波20按照声波频率的高低，光波入射的方式，以及声波和光波作用长度的长短，声光互作用可分为拉曼—纳斯(Raman—Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射。超声波频率较低，光波垂直入射声场传播方向，声光互作用长度L较短。——拉曼—纳斯型衍射声光晶体中两种主要衍射方式19超声波频率较高，光波倾斜入射声场传播方向，声光互作用长度L较长。——布拉格型衍射L入射光声波阵面声波光波阵面入射光声波因为λs˃˃λ，当光平行通过介质时，几乎不通过声波面。因此通过光学稠密(折射率大)部分的光波波阵面将推迟，而通

7、过疏松(折射率小)的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凸凹现象，变成一个折皱曲面。三、拉曼-纳斯衍射1平面波阵面入射的变化18三、拉曼-纳斯衍射如果超声波使介质的应变为所以行波折射率变化n变化使折射率变成正弦相位光栅，当一束平行光入射到介质上且垂直超声波的传播方向。声波传播方向入射波Lx0y1平面波阵面入射的变化17假定：光入射到晶体界面上，即面上，入射波为平面波三、拉曼-纳斯衍射光通过超声介质后得到附加相位为所以在的　面上射出的电磁波是声波传播方向入射波Lx0y1平面波阵面入射的变化16三、拉曼-纳斯衍射由于n（x，t）是坐标

8、x的函数，因而在　的面上不同x坐标点其相位不同，出射光波的等相位面是一个由n(x，t)决定的曲面。出射的光将会产生多级衍射光。根据基础光