西安电子科技大学 物理光学与应用光学 ppt 21

1、5.2.2声光衍射，医学超声是弹性波，通过介质后，介质中各点出现时间与空间周期性变化的弹性失真，介质中产生时间与空间周期性变化的弹性效应，从而介质中各点的折光率产生相应的周期性变化。 当光通过具有医学超声作用的介质时，调制相位，并且结果是通常观察到的声光效果，其中光通过衍射光栅，光栅间距等于声波的波长，并且光通过该光栅时进行衍射。 因此，声光效应实质上是一种特殊的弹光效应。 根据医学超声频率的高低和介质中声光相互作用的长度，声光效应衍射有两个极端情况：拉曼衍射和布拉格衍射。 用于测量这两种衍射的残奥仪表是：其中l是声光相互作用长度，s是穿过医学超声波长声光介质的光的波长。 q 1(实践证明，q

2、 0.3)时为拉曼衍射。 在q 1(实际为q 4)的情况下，为布拉格衍射。 另外，在0.3 q 4的中间区域中，衍射现象是复杂的，正常的声光老虎钳在该范围内不动作，所以不进行讨论。 在1 .拉曼衍射1 )医学超声前进波的情况下，介质的折光率椭球的变化：频率的医学超声在x1方向传播的平面纵波，波矢量为ks，介质中正弦形式的弹性变形：标量形式：其中(n)m=n03ps/2表示折光率变化的最大振幅。 另外，由于该式表示介质因医学超声而折光率在x-1方向上正弦增加，故沿着声光介质的x-1方向的折光率分布：n(x1，t)=n0 (n)msin(ksx1 t )在光通过该折光率变化的介质时进行衍射。 当医

3、学超声频率低，声光作用区域的长度短，光线垂直于医学超声传播方向(与医学超声波阵面平行)入射时，医学超声前进波的作用可被视为与普通平面光栅相同的折光率光栅，频率平行光通过之后，产生多级光衍射。 因此，在0级透射光的两侧，等级的衍射光强度相等，该等级的衍射光强度的对称分布是拉曼增益型衍射的主要特征之一。 对应各级衍射光的频率为m，也就是说衍射光对入射光有多普勒频移。 各级衍射光的衍射角满足关系： ssin=m=0、1，对应于m次衍射的极端值光强度为：ii是入射光强度，v=2(n)ml/表示光通过声光介质后，基于折光率变化而产生的附加相移的jm(v )是第m次贝塞尔函数，(2)在医学超声驻波的情况下

4、光由于声光介质中的医学超声可能是声驻波，因此在这种情况下介质中沿x1方向的折光率分布在n(x1，t)=n0 (n)msin(t)sin(ksx1 )光通过该声光介质时其衍射极大的方位角满足ssin=m=0，1，各级衍射光强都满足关于这一点，易于理解的：是，由于声驻波，声光介质内各点的折光率的增加量以半声波周期从“”同步地变化为“”，或者从“”变化为“”，因此在超过该零点的瞬间，各点的折光率的增加量为零，此时各点的折光率相等，介质成为无声场时根据理论分析，在声驻波的情况下，在0次和偶次衍射光束中，在云同步有2，4，的频率成分，在奇数次衍射光束中，在云同步有3，的频率成分。 布拉格衍射是在医学超声

5、频率高、声光作用区长、光线与医学超声波面以特定角度倾斜入射时产生的。 显着的特征是衍射光强度分布不对称，而且只有0级和1级衍射光，选择合适的残奥仪，如果医学超声功率一盏茶强，入射光的能量几乎都可以向0级或1级衍射极端值方向偏移。 因此，用该衍射方式制作的声光解老虎钳，工作效率高。布拉格衍射的医学超声频率高，声光相互作用区长，必须考虑介质厚度的影响。 那个医学超声格子可以看作是体积格子。 (1)布拉格方程假定是医学超声面部分反射、部分透过的镜面，各镜面间的距离设为s。 现有的单平面光波a1b1c1相对于声波面以i角入射，在声波面上的a2、b2、c2和a2等点部分反射。 光束相干性在它们之间的光路

6、差以对应于光波长的整数倍或其间的相位差以2整数倍的衍射方向d被增强。 不同光线在同一声波面上形成同相的衍射光束的条件是，入射光束a1b1在a2b2声波面上衍射，入射角为i，衍射角为d。 不同光线被同一声波面反射，衍射光的同相位的条件是光路差为波长的整数倍： a2c2=m=0，1，其中，a2c=x1cosi； db2=x1cosd。 x1(cosi cos d)=m对于任何x1的值都成立是因为m=0、i=d，如果不是相同的入射光线在不同的医学超声面上形成同相位的衍射光束的条件，则在：m的情况下出现衍射极大，即，不同的衍射光的光路差：不同的光线在不同的医学超声面上衍射在以上推导满足最大衍射条件时，

7、各声波面被视为折光率突然变异的镜面，而声光介质实际上在声波矢量ks方向上折光率增量呈正弦连续渐变，可留心其间不存在镜面。 考虑这一因素，证明了在2ssin=m时m的可能范围只有1或1，即，在布拉格衍射中只出现0阶和1阶或1阶衍射光。 如上所述，关于以i入射的平面光波从医学超声面上的各点产生同相位的衍射光的条件，将入射角b称为布拉格角，将满足该条件的声波的衍射称为布拉格衍射。 0阶和1阶衍射光所成的角为2b。 布拉格衍射，布拉格衍射条件布拉格方程式，(2)布拉格衍射光强度根据光的电磁理论，相对于频率为的入射光，布拉格衍射的1次衍射光的频率是，对应的0次和1次衍射光强度分别为：v是光通过声光介质后

8、，折光率变化引起的附加相移可知在v/2=/2时，i0=0，i1=ii。 这表示通过适当控制入射医学超声功率，能够将入射光功率全部转换为1级衍射光功率。 根据该特征，能够制作转换效率高的声光解老虎钳。 5.3结晶的旋光效果和法拉第效应、5.3.1结晶的旋光效果5.3.2法拉第效应、5.3.1结晶的旋光效果、1 .旋光现象2 .旋光现象的理论解释、旋光现象1811年，阿拉戈(arago )研究了水晶结晶的双折射时，发现直线偏振光在水晶结晶的光轴方向上传播时，振动面相对于原方向水晶结晶是单轴结晶，即使光在光轴方向上传播也不会发生双折射，因此这种现象是新的现象。 然后，biot在一些蒸汽和液体物质中也

9、观察到了同样的旋光现象。 实验证明，某波长的线偏振光通过旋光介质时，光的振动方向旋转的角度是与通过该介质的距离l成比例：=l旋光率，表示介质的旋光能力，与光的波长、介质的性质和温度有关。 介质的旋光能力根据波长而不同的现象称为旋光色散。 例如在石英晶体光的波长为0.4m的情况下为49/mm； 0.5 m时为31 /mm； 0.65 m时为16 /mm； 胆甾型液晶约为18 000/mm。 晶体旋光色散是指，相对于具有旋光特性的溶液，光振动方向旋转的角度也与溶液的浓度成比例，=c l溶液的比旋光率； c溶液浓度。 在实际应用中，可以根据光的振动方向旋转的角度来决定溶液的浓度。 实验表明，光振动矢

10、量的旋转方向可能因光学介质而不同。观察光线时，将使光学振动矢量顺时针旋转的介质称为右旋光介质，将使光学振动矢量逆时针旋转的介质称为左旋光介质。 例如，葡萄糖溶液是右旋光介质，果聚糖是左旋光介质。 自然段的水晶结晶分为右旋和左旋两种，它们的旋光能力在数值上相等，但是方向相反。 有这样的左、右的成分是由于结构的不同，右水晶和左水晶的分子组成相同(sio2)，但是分子的排列结构是镜像对称的，结晶的外形也是镜像对称的。 右旋灰水晶和左旋灰水晶，2 .旋光现象的理论解释菲涅耳假设1825年，菲涅耳对于旋光现象，提出了将进入旋光介质的直线偏振光看作右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的组合的唯一解释。 在旋光介质中，右旋圆偏振光的传播速率不同，与其对应的折光率也不相等：右旋结晶右旋圆偏振光的传播速率快，vr vl (nrnl )； 左旋结晶左旋圆偏振光的传播速率快，为vlvr (nlnr )。 在右旋和左旋圆偏振光通过厚度为l的旋光介质后，相位延迟分别为：假设入射到旋光介质的光为在水平方向上振动的直线偏振光，可以使用归一化琼斯沉积基质，将其合成波的琼斯矢量写为：将其合成波的琼斯矢量写为： 导入：这表示入射的直线偏振光矢量在通过旋光介质后，转动了角。 因此，如果左旋圆偏振光的传播快，nl 0即光向量逆时针