光波在声光晶体中的传播课件

1、，光波和声波同时接触晶体时，声波和光波之间发生相互作用，可以用于调节光束(例如，光束偏转、亮度和频率变化等)。牙齿晶体称为声光晶体。常见的成光晶体包括钼铅(PbMoO4)、二氧化碲(TeO2)和硫砷酸(Tl3AsS4)。由于煤矿效应，超声波纵波以行波形式传播到介质时，介质折射率发生正弦或余弦定律的变化，并与超声波一起传播。激光通过牙齿介质时，会发生光的衍射，即声光衍射。离散化碲的测定， 3光波在音响光学晶体中传播，2020/7/27共33页2，音响光学效应的应用：(1)最早的音响光学效应仅用于物理特性测量，如声场的能量分布、音响衰减系数、声速的杨氏模量和杨氏模量测量(2)(3)在其他方面利用声

2、光效果生成的衍射可以改变光束的强度、方向和频率，因此可以设计光强调制器、光束偏转器、激光Q开关等。3光波在声光晶体中传播，2020/7/27共33页3，煤矿效应：当物质受到弹性应力或应变作用时，介质的折射率发生变化。应力导致折射率变化的现象称为煤矿效应。音响光学衍射：由于煤矿效应，超声波纵波在介质中以行波形式传播时，介质折射率引起正弦或余弦定律的变化，并与超声波一起传播。激光通过牙齿介质时发生光的衍射。3光波在声光晶体中传播，光波和声波如何相互作用？2020/7/27共33页4，声波为弹性波(纵向应力波)，引起与介质相对应的弹性变形，使每个粒子沿声波的传播方向振动，使介质密度发生稠密的交替变化

3、。介质的折射率也相应地周期性变化。超声场的牙齿部分等于声波波长S等光学“相位光栅”。光波通过牙齿介质时发生光的衍射。其光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。1，音响光栅，2020/7/27共33页5，声波在介质中传播分为行波和驻波两种茄子形式。图1.3-1显示了瞬时超声波的情况。其中较暗的部分表示介质被压缩，密度增加，折射率增加，白色部分表示介质密度减少，折射率减少。在行波声场的作用下，介质折射率的增加或减少交替变化，向前推进到声速S(通常为N比，N比，103米/秒)。声速只有光速(108米)的几十万分之一，因此在光波中，移动的“声音晶格”可以看作是静止的。声波的角度频率为S，波的角

4、度频率为ks(2/s)，2020/7/27共33页6，其中n=-(1/2)no3 PS，(1.3-3)表达式中A是介质粒子的瞬时位移，A是大致上，可以认为介质折射率的变化与在x方向移动的介质粒子的变化率成正比。即，2020/7/27共33页7，音响驻波具有相同的波长、振幅和相位，图1。两个声波重叠，传播方向相反，例如3-2。音响驻波方程的音响驻波振幅为2Acos(2x/s)，在x方向上的点不同，但相位2t/Ts在每个点上是相同的。X ns /2或2ns /4 (n=0，1，2)在每个点处，驻波的振幅很大(等于2A)，这些点称为波网，波之间的距离为s /2。在X(2n 1) s/4的每个点处，驻

5、波的振幅为零。这些点称为波段，波段之间的距离也是s/2。(1.3-4)，2020/7/27共33页8形成的折射率变化(与介质粒子在x方向位移的变化率成正比，向上诱导，n=-4A /s)，(1.3-5)，介质在一个周期内出现两次稠密，在波中密度保持不变，折射率在反周期(TS/2次变化的任何时刻，介质各部分的折射)如果超声波频率为fs，则光栅出现和消失的次数为2 fs，因此光波通过介质后产生的调制光的调制频率是音响频率的两倍。2020/7/27共33页9，根据声波频率的高低以及声波和光波作用的长度，成光相互作用可以分为两种茄子类型：RamanNath衍射和Bragg衍射。2，音响光学相互作用的两种

6、茄子类型，超声波频率低时光波与声波面入射(即垂直于声场传播方向)平行，圣光相互作用长度在L牙齿短时发生拉曼斯衍射。相反，是布拉格衍射。2020/7/27共33页10，由于声速远小于光速，因此音响光学介质可以被视为静止的平面相位光栅。而且，音响波长S比光波大得多。光波平行通过介质时很少通过声波面，因此只有相位被调制。也就是说，通过光学稠密(折射率大的部分)的光波阵营被推迟。通过光学疏松部分(折射率小的部分)的光波阵营领先，因此通过声光介质的平面波阵营出现凸起的现象，成为皱纹。1拉曼-纳斯衍射，2020/7/27共33页11，音响光学介质中的声波在X方向上传播宽度为L的平面纵波(声柱)，波长为S(

7、角频率S)，波矢量ks指向X轴，入射光波矢量ki指向Y轴方向。在近似不随时间变化的超声场中，可以忽略对时间的依赖性，将z方向的折射率分布简化为n (x，t)=n o n sin (s t-k s x) (1.3-7)，n (x)，N是音响柔道折射率的变化。2020/7/27共33页12，Ein=A exp(ic t) (1.3-9) yL2发射的光波不再是单色平面波，而是调制光波。等面由函数n(x)确定，观察平面光波的垂直入射，可以从介质的前表面y-lsin入射，入射光波可以分为多个子波函数。2020/7/27共33页13页，(1.3-12)，(n)k iL 2(n)L替换为常识(由于折射率差

8、异引起的额外相位延迟)，使用Euler公式，(1.3-11)，光强度是所有子波源贡献的总和，由以下积分确定：使用关系：通过对牙齿表达式进行赋值(1.3-12)表达式积分，获得实部的表达式为(k=2/) (1.3-15)，(1.3-13)，(1.3-12)。常识表明，衍射光场强度每一项的最大值在确定了sin ki土壤m ks0 (m整数0) (1.3-14)角度和互补矢量ks后，其中一项非常大时，另一项的贡献几乎为零，因此，如果取M牙齿的其他值，则另一角度方向的衍射光将取很大的值。(1.3-14)表达式确定了各等级衍射的方位角，综合了2020/7/27共33页15，综合了拉曼光谱衍射的结果，将光

9、波从远处分成一组衍射光，它们分别对应于规定的衍射角M(即传播方向)和衍射强度。衍射的强度由(1.316)表达式确定，因此牙齿组的衍射是离散的。结果各等级的衍射对称分布在0级衍射中，同类二次衍射具有相同的强度。这是拉曼纳斯衍射的主要标志之一。此外，(1.3-15)，(1.316)，表达式中的M表示衍射光的等级。在各级，衍射光的强度表明，在吸收郑智薰时，衍射光的极值光强度之和必须等于入射光强度。也就是说，光功率被保留。2020/7/27共33页16，由于光波和声波场的相互作用，每个等级的衍射光波产生多普勒频率，根据能量守恒原理，I to m s(1)。必须有3-17)，每个等级的衍射光强将角频率调

10、整为2 s。但是，由于超声波频率为109Hz，光波频率为1014Hz，因此可以忽略频率移动的影响。2020/7/27共33页17，入射光和声波面之间的角度满足一定条件时，介质内各等级的衍射徐璐干涉，各高级衍射徐璐抵消，仅出现0级和L(或-1)(取决于入射光的方向)衍射光。即，创建布拉格。因此，如果能够合理选择参数，则超声场足够强，入射光能量几乎全部移动到1级(或-1级)衍射极值。因此，可以充分利用光束能量。用布拉格衍射效应制作的音响光学装置可以获得很高的效率。2布拉格衍射，各向同性介质的正常布拉格衍射。2020/7/27共33页18，闪耀光栅光栅(blazed grating)光栅被雕刻成锯齿

11、线槽截面，光栅的光能集中在预定方向，即闪烁光栅。在特定频谱级别。从牙齿方向检测时，光谱的强度最大，这称为blaze，牙齿光栅称为闪烁光栅。在这样压印的闪闪发光的光栅上，起回切作用的凹槽面是与光栅表面成角度的光滑平面。这称为“闪耀角度”(blaze angle)。与最大光强度对应的波长称为闪耀波长。闪光角的设计允许光栅应用于特定波段的特定光谱。2020/7/27共33页19可以通过S的部分反射、部分透射的镜子粗略地看到声波通过的媒体。对于行波超声场，这些镜子在X方向以速度v s移动(由于s c，在任意时刻超声场可能看起来静止，因此不会影响衍射光的强度分布)。驻波超声场完全固定。2020/7/27

12、共33页20，平面波L和2以角度I进入声波场时，在B，C，E各点部分反射，产生衍射光1，2，3牙齿。每个衍射光干涉增强的条件是，它们之间的光路差必须是波长的整数倍数或相同的相位。图A表示在同一镜子的衍射状态下入射光L和2从B，C点反射的1和2的相同相位条件，并且应使光波差AC-BD等于光波波长的整数倍数XC (Cosi-COS D) M/N (1.3-18)，2020。如图B所示，对于S的徐璐其他两个镜子的衍射，由C，E点反射的2，3射线具有相同的阶段条件，光距离差FE 1EG必须等于光波波长的整数倍s (sin I sin d )m /n (1.3-20)。格式为2 s sin B /n或sin b/(2n s)=f s/(2n对)(1.3-21)的I=d=B称为布拉格角度。入射角I只有在与布拉格角B相等的情况下，声波面再生