《2021-2022学年高二物理竞赛课件：光波在声光晶体中的传播.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：光波在声光晶体中的传播.pptx（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、光波在声光晶体中的传播 超声波超声波(fs20kHz)是是弹性纵波弹性纵波，在介质中传播时，在介质中传播时，使介质产生弹性形变，引起介质的密度以至折射率呈使介质产生弹性形变，引起介质的密度以至折射率呈疏密相间的交替变化疏密相间的交替变化.这种现象称为这种现象称为声光效应声光效应(弹光效弹光效应应)。声光介质如同一个光栅。声光介质如同一个光栅,光栅常数等于声波长光栅常数等于声波长 s。当光波通过此介质时，会产生当光波通过此介质时，会产生声光衍射声光衍射。一一 超声光栅类型超声光栅类型超声行波、超声驻波超声行波、超声驻波 行波型行波型驻波型驻波型吸声器吸声器声反射器声反射器换能器换能器声光介质声光
2、介质VsVsVs为超声频率的为超声频率的电脉冲，驱动换电脉冲，驱动换能器振动，产生能器振动，产生超声波超声波.超声行波超声行波:声速为光速的数十万分之一，声速为光速的数十万分之一，对光波来说，运动的对光波来说，运动的“声光栅声光栅”可以看作是静止的。可以看作是静止的。nvsxn0 s超声驻波超声驻波：sxa这时介质相当于一个这时介质相当于一个位置固定位置固定的的时隐时现时隐时现的光栅，光栅常数的光栅，光栅常数为为 s/2，若超声频率为，若超声频率为fs，则，则光光栅出现的频率栅出现的频率2fs。0级级-10+1 布拉格衍射布拉格衍射(高声频高声频,厚光栅）厚光栅）（光斜入射（光斜入射)0级级+
3、1级级+2级级-1-2拉曼拉曼-纳斯衍射纳斯衍射(低声频低声频,薄光栅），薄光栅），（光垂直入射（光垂直入射)二二.声光衍射声光衍射布喇格衍射布喇格衍射拉曼拉曼-纳斯衍射纳斯衍射0级级+1级级+2级级-1-2 s L入射光入射光xy声波阵面声波阵面声波声波光光波波阵阵面面图图2-12 拉曼拉曼-纳斯衍射图纳斯衍射图衍射光衍射光多级衍射光，同级次衍射多级衍射光，同级次衍射光的对称分布于零级衍射光的对称分布于零级衍射光两侧，强度相等。但各光两侧，强度相等。但各级的衍射效率都较低级的衍射效率都较低.1 拉曼拉曼-纳斯衍射纳斯衍射(低声频低声频,薄光栅薄光栅,光垂直入射光垂直入射)定性解释：定性解释：
4、通过光密部分的通过光密部分的光将延迟，而通过光疏部分光将延迟，而通过光疏部分的光将超前，则平面光波波的光将超前，则平面光波波面变成一个折皱曲面。面变成一个折皱曲面。各子各子波源发出的次波将发生相干波源发出的次波将发生相干作用，便形成了多级衍射光作用，便形成了多级衍射光。可证：可证：各级衍射角为各级衍射角为 注注:声束宽度声束宽度L满足如下条件才能发生拉满足如下条件才能发生拉曼曼-纳斯多级衍射。纳斯多级衍射。（教材有误）（教材有误）0级级+1级级+2级级-1-2(2-55)2、布拉格衍射、布拉格衍射(高声频高声频,厚光栅厚光栅,光斜入射光斜入射)只出现只出现0级和级和+1级（或级（或 1级）级）
5、衍射光，衍射光，类似于反射类似于反射,是由于各是由于各层高级次衍射光将互相抵消的结层高级次衍射光将互相抵消的结果。衍射效率较高。果。衍射效率较高。布拉格条件布拉格条件:0级级-10+1布拉格衍射布拉格衍射 B B B0级级-10+1布拉格衍射布拉格衍射 B B B 布布喇喇格格衍衍射射光光强强度度与与声声光光材材料料特性和声场强度的有关。特性和声场强度的有关。当当入入射射光光强强为为Ii时时，布布喇喇格格声声光衍射的光衍射的0级和级和1级衍射光强为级衍射光强为 为光通过超声场所产生的附加相位差。为光通过超声场所产生的附加相位差。注意注意光为斜入射光为斜入射，且，且 n与超声功率与超声功率Ps（
6、或超声强度（或超声强度IS）有关（见）有关（见2-63式）。式）。0级级-10+1布拉格衍射布拉格衍射 B B B1级级衍射效率：衍射效率：M2是声光介质品质因数，反映是声光介质品质因数，反映声光衍声光衍射效率的大小射效率的大小；Ps为为超声功率；超声功率；H为为换能器的宽度，换能器的宽度，L为换能器的长度。为换能器的长度。（注：教材没有考虑布喇格角的影响）（注：教材没有考虑布喇格角的影响）1级衍射效率：级衍射效率：结论：结论：超超声声功功率率Ps一一定定，要要使使衍衍射射光光强强尽尽量量大大，则则要要求求选选择择M2大大的的材材料料，并并把把换换能能器器做做得得长长而而窄窄（L大大H小小,即
7、厚光栅）即厚光栅）当当改改变变超超声声功功率率Ps时时，I1/Ii也也随随之之改改变变，甚甚至至有有I1/Ii100%，通通过过控控制制超超声声功功率率Ps就就可可以以达达到到控控制衍射光强的目的，实现制衍射光强的目的，实现声光强度调制声光强度调制。思考题思考题小小信信号号调调制制前前提提下下(m 1rad)，在在纵纵向向电电光光调调制制器器的的透透射射率率T随随偏偏压压V0变变化化的的过过程程中中，为为什什么么当当调调制制器器上上所所加加的的固固定定偏偏压压V0=0时时或或V0=V时时会会出出现现倍倍频频信信号号？V0=0时的透射率时的透射率T0与与V0=V时的透射率时的透射率T应具有什么关
8、系？应具有什么关系？横向电光强度调制横向电光强度调制入射光偏振方向与入射光偏振方向与z轴夹角轴夹角450,进入晶体后，将进入晶体后，将分解为沿分解为沿x和和z方向振动的两个分量方向振动的两个分量.由由2.2节已知节已知,则从晶体出射两光波的相位差为则从晶体出射两光波的相位差为LVdzy-x 起偏器起偏器检偏器检偏器P1P2第一项是与外电场无关的晶体本身的自然双折射引起第一项是与外电场无关的晶体本身的自然双折射引起的相位延迟，对温度敏感的相位延迟，对温度敏感,影响调制质量影响调制质量,须设法消除须设法消除.例：例：L=3cm,=632.8nm时，温度每变化时，温度每变化10C，引起的，引起的附加相位差为附加相位差为1.1,相当于一个半波电压相当于一个半波电压(数千伏电压数千伏电压)所产生的相位差所产生的相位差!调制器根本无法正常工作调制器根本无法正常工作。实际中常采用实际中常采用“组合调制器组合调制器”对该项进行补偿。对该项进行补偿。