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* * * 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 L x 0 y 1 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 L x 0 y 1 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 令 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 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 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。 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 4 四、布拉格衍射 3 决定衍射光强的因素 因此,输出光强表示式为 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
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