声光材料课件

声光材料目录声光材料的发展史声光材料的原理声光材料的分类及制备性能及影响因素应用领域相关企业展望及研发声光材料的发展史1922年,L.N.布里渊在理论上预言了声光衍射。1932年P.J.W.德拜和F.W.席尔斯以及R.卢卡斯和P.比夸特分别观察到了声光衍射现象。1966年到1976年期间，声光衍射理论、新声光材料及高性能声光器件的设计和制造工艺都得到迅速发展。1970年，实现了声表面波对导光波的声光衍射，并研制成功表面（或薄膜）声光器件。1976年后，随着声光技术的发展，声光信号处理已成为光信号处理的一个分支。声光材料的原理声光材料是具有声光效应的材料。超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变,该应变随时间和空间作周期性变化,使介质出现疏密相间的现象,如同一个相位光栅.当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象,这种现象称之为声光效应。声光材料的原理声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。由于弹光效应，当超声纵波以行波形式在介质中传播时会使介质折射率产生正弦或余弦规律变化，并随超声波一起传播，当激光通过此介质时，就会发生光的衍射，即声光衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声波场而变化。其中衍射光偏转角随超声波频率的变化现象称为声光偏转；衍射光强度随超声波功率而变化的现象称为声光调制。声光材料的分类液态固态水玻璃晶体声光材料的分类声光材料有液态和固态之分。在液态材料中，水被认为是较好的声光互作用介质。早期，水作为偏转介质起了重要的作用。目前，由于一系列新的固体声光介质材料的出现，水作了实际使用的价值；其他液态材料则因对声波和热的作用易于产生骚动而不能保持稳定的光学性能和声衰减过大也失去使用意义。固态材料包括玻璃和晶体两类，是目前使用较多的声光材料。声光玻璃材料

玻璃是最普通也是最常用的声光介质材料。

与其他声光介质相比较，玻璃介质具有某些突出的优点：玻璃在工业生产上易于批量生产,可获得形状各异的大尺寸块体;经退火后,其光学均匀性良好,光损耗小;容易加工;价格低廉。这最后一点恐伯是玻璃被广泛地用作声光介质的最主要原因之一。玻璃介质是最常用的声光介质材料

玻璃介质的优点

易于批量生产

容易加工

价格低廉声光玻璃材料

作为声光介质材料来说，玻璃也不是没有缺点的。其主要缺点是：在可见光谱区，难以获得折射率大于2.1的透明玻璃玻璃的弹光系数都小。

由于这两个原因，使玻璃的声光优值较低；而且由于玻璃中的声速小，声衰减较大同时也因声衰减与频率的二次方成正比。因此，一般地说玻璃只适用于声频低于100MHz的声光器件。玻璃介质的缺点可见光谱区，折射率低玻璃的弹光系数都小声光玻璃材料的制备玻璃材料制备的一般方法是粘土坩埚熔炼法、铂坩埚熔炼法和铂连续直接熔化、直接压型、直接迟火的三D法。其中三D法是目前最先进的方法，具有熔炼成品率高、质量好、成本低的优点。玻璃材料制备—声光晶体材料单晶介质是最大的一类声光材料，许多晶体声光介质的声衰减系数都相当小，晶体材料很适宜用来制造频率高于100MHz的高效率声光器件。单晶介质材料的物理性质是各向异性的。这样，就可以通过选择声模和光模的最佳组合来获得从材料的平均性质所预想不到的有益的声光性能。晶体介质材料，与玻璃介质材料相比较，其缺点是，晶体生长技术相当复杂，某些晶体还难于获得实用的大晶体，生产成本高，因此新晶体的研究周期长，耗资大。其中常用的材料为：Te02、PbMo04、GaP、LiNbO3、Tl3AsS4、Tl3AsSe4、Ge和GaAs。而前两种尤为重要，下面详细介绍。二氧化碲（Te02）声光晶体材料二氧化碲单晶属四方晶系，点群为422，空间群为P4，2，2，具有变形金红石结构。单晶具有压电、声学和光学等多种性能。二氧化碲（Te02）的生产工艺TeO2单晶用常规的提拉法在氧气氛中生长，典型的生长条件如下：生长方向：＜110＞或＜001＞提拉速度：1—2mm／h晶体转速：20一60r／min温度梯度：80—100℃／cm氧气流量：600—750mL／min冷却速度：50—80℃/h

二氧化碲（Te02）的生产工艺生产过程中应注意以下几点1)TeO2在450℃左右开始升华，在熔点附近蒸气压较高，挥发严重；2)由于TeO2熔点低、粘度大，晶体中易产生气泡和云层，适当调节拉速和转速可以避免这些缺陷；3)沿<001>方向生长的晶体容易产生线状缺陷，若沿<110>方向生长，并选择优质籽晶和降低温度波动，则可以减少这种缺陷的产生。钼酸铅(PbMoO4)声光单晶材料钼酸铅(PbMoO4)单晶属四方晶系，点群为4／m，空间群为141／a，具有白钨矿型结构。钼酸铅(PbMoO4)的生产工艺PbMoO4单晶以高纯PbO和MoO3为原料、按化学计量配比、用常规的提拉法生长。典型生长条件如下：

温度梯度：

40—100℃／cm

提拉速度：

3—6mm／h

晶体转速：

20—40r／min

生长气氛：

大气钼酸铅(PbMoO4)的生产工艺PbMoO4晶体中常见的缺陷是芯状过冷胞。这是由于固—液界面附近的液流从强迫对流占优势向自然对流占优势的迅速转换引起的。液流的迅速转换引起固—液界面中心部位温度迅速降低，生长速率迅速增加。当生长速率超过临界生长速率时，就产生组分过冷。因此，要选择合适的晶体生长工艺参数，抑制固液界面反转。在较高的温度梯度和较低的晶体转速下生长晶体时，液流状态比较稳定。声光材料的性能及影响因素一种优良的声光材料，须具备下列条件：1）在使用光波范围内有良好的光学质量和透明度；2)容易获得大的尺寸，化学稳定好、机械强度高；3)光学和声学衰减低；4)物理常数特别是声速的温度系数低；5)声光优值高。应用领域早期声光效应仅用于物理性质的测量。随着激光和超声波技术的发展，声光材料在光电子学方面得到了广泛的应用，主要应用在以下几个方面。声光调制器，改变超声波的强度便可改变经声光材料衍射的衍射光束强度。从而实现对衍射光的强度调制。声光偏转器，改变声波的驱动频率便可改变衍射光束的方向，用这一原理可制成高速偏转光束的声光偏转器。声光滤波器，声光衍射原理在许多方面与透射型衍射光栅相似，而声光光栅常数可以用电控改变，完全有可能制成电子调谐分光计。声光器件在信息方面也有重要应用，如脉冲压缩、光学相关器和射频频谱分析等。相关企业展望及研发在过去的多年的时间里，由于许多介质材料的声光性能不断提高和新声光介质的出现，促使声光器件的性能取