第五讲 光波在声光晶体中的传播.ppt

（1） 在一周期内的折射率变化 （2）折射率变化的频率2fs 假定：光入射到晶体界面上，即 面上，入射波为平面波 令 当入射光强为Ii时，布拉格衍射的零级和一级衍射光强的表示式分别为 超声波的产生是由换能器产生的。假设换能器的面积为HL，则声波的总功率 因此，输出光强表示式为 三、拉曼-纳斯衍射 由于n（x，t）是坐标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。 根据基础光学衍射公式则在很远的屏上某点p给出的光振幅为 1 平面波阵面入射的变化 15 如果不考虑对时间的依赖关系，对积分无贡献，对坐标x积分 三、拉曼-纳斯衍射 1 平面波阵面入射的变化 14 三、拉曼-纳斯衍射 将对实部和虚部进行积分得 实部： 虚部： 1 平面波阵面入射的变化 q—光束的宽度 13 三、拉曼-纳斯衍射 再利用关系式 Jr是r 阶贝赛尔函数，代入实部和虚部得 1 平面波阵面入射的变化 12 三、拉曼-纳斯衍射 2 各级衍射光的光强 结论：1、多级衍射光强：每一项（贝塞尔函数的系数）都是 形式 λ i－光波长， λs －声波波长，θ角取几个分离值，是衍射光的极大值方向。 11 三、拉曼-纳斯衍射 Im取极大值 只有 —取得衍射极值，而且各衍射级对称的分布在零级光强的两侧。即m可取＋和－。 －光通过介质后相位变化的幅值。 2 各级衍射光的光强 结论2、第m级衍射光强大小为 10 三、拉曼-纳斯衍射 结论4、在忽略介质对光的吸收损耗时， 各级衍射光强之和恒等于1。 结论3、各级光强不等。m越大，光强越小。 3 2 1 0 -1 -2 -3 2 各级衍射光的光强 9 三、拉曼-纳斯衍射 3 两种超声波衍射对照 8 当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消（相当于通过多个光栅），只出现0级和±+l级衍射光 (类似于闪耀光栅)。 因此，若能合理选择参数，超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到+1级(或-1级)衍射极值上。 四、布拉格衍射 1 平面波阵面入射的变化 7 四、布拉格衍射 1 平面波阵面入射的变化 布拉格条件 只要满足布拉格条件的入射光波，在入射角=衍射角=布拉格衍射角的方向上会出现干涉，并产生极大值。 注意： 因为衍射的本质是散射，所以其他方向并非完全没有光，只是由于互相干涉的结果，基本上相消而已。 6 四、布拉格衍射 2 光强分布 ——光通过介质产生的附加相位值。 0级和1级光强主要由附加相位决定。 5 四、布拉格衍射 3 决定衍射光强的因素 由于光通过超声场时产生的各级衍射光强主要由附加相位决定。 4 四、布拉格衍射 3 决定衍射光强的因素 从而一级衍射的光衍射效率 3 Ps超声波的功率，L和H为超声换能器的长和宽，M2为反映声光介质性质的常数。 什么是声光效应？声光材料如何分类？ 答： 当声波在介质中通过时，由于弹光效应，介质的密度随声波振幅的强弱而产生相应的周期性的疏密变化，它对光的作用犹如条纹光栅。此时光束若以适当角度射入晶体内即产生衍射现象。这种声致光衍射现象称声光效应。 常用的声光材料有声光晶体、声光玻璃和声光液体三大类。 声光晶体：指具有声光效应的晶体。除满足光学晶体的一般要求外，声光晶体还应具备品质因素大、声吸收系数低、声速及其对温度的变化小等特点。 声光玻璃：指能产生强的声光相互作用的玻璃。其性能要求是具有大的声光相互作用品质因素，并有高的光学均匀性和低的光和声损耗。声光玻璃通常分为四类:熔石英；含重金属离子玻璃；硫属化合物玻璃；单质半导体玻璃。 声光液体：水和一些有机碘化物、有机溴化物。液态材料应用较少，常被一些性能优良的固体声光材料所代替。 问答题 2 本讲小结 1、声光晶体、声光效应、弹光效应、弹性应变、声光栅、超声波、驻波、行波、衍射等概念及相互关系 2、弹性应变和折射率变化的关系 3、拉曼-纳斯型衍射的条件、概念、光强分布和特征 4、布拉格型衍射的条件、概念、光强分布和特征 1 学习思路： 超声波变化→折射率变化→平面相位光栅→衍射光强分布→ 实现对光的改变 启发：解决关键问题时首先应考虑是否可以用到学过的知识。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 西南科技大学 S