第十七讲声光相互作用(续).pptVIP

一、正常声光衍射 一、正常声光衍射 一、正常声光衍射 一、正常声光衍射 一、正常声光衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 二、反常 Bragg 衍射 *第十七讲 声光相互作用的基本理论（续） 正常声光衍射： 各向同性介质，由于弹光效应引起的折射率变化很小，入射光和衍射光的折射率差可以不计； 各向异性介质，但入射光和衍射光同偏振，即使是 e 光，由于衍射角很小，入射光和衍射光的折射率近似相同； 正常声光衍射可有 Raman Nath 衍射和 Bragg 衍射两种。 反常声光衍射： 各向异性介质中且入射光和衍射光偏振态不同，折射率及波矢均不同； 失配较大，一般不能多级同时满足相位匹配，只有 Bragg 衍射。 上一讲： 讨论条件： （方向不一定相同） 很小 很小 耦合系数，表明声光相互作用的强弱 提出 对于 Bragg 衍射，只须考虑入射光 ( )和 +1级或 -1级衍射光（ ）之间的耦合（即 和 不同时） 波矢匹配条件同 Bragg 条件 Bragg 条件 令 其中 衍 入 ＋1级 －1级 衍射效率 解方程，边界条件： 入射光 衍射光 其中 同“参量放大”习题 小， 大 小， 大 衍射带宽 对一给定波长的光，在某一声波频率处满足 ，附近其它声波频率处， 变大，影响衍射效率。定义衍射效率下降一半（3dB）对应的 范围为衍射带宽。 对于第 m 级衍射光，应考虑： 定义 引入：（1）归一化相位失配函数 为满足 Bragg 条件时的中心频率和中心波长 （2）归一化声波频率（声波频率或波长的相对变化） 引入： （3）特征长度 ~ 判据中 则 即 3dB带宽允许 对 1 级衍射 令 （全宽度） 半功率值全宽度 加长，带宽变窄。那么，对于给定的带宽 要求，允许的最大长度为： 越短，带宽越大，但高级衍射光也可能接近相位匹配，当 时，过渡到 Raman-Nath 衍射。 各向异性材料，入射光与衍射光偏振不同，折射率不同 石英晶体，正晶体 z 为光轴 纵声波沿 x方向， 入射光 在 平面，偏振 , 光 衍射光，可为 o 光 可为 e 光 有效弹光系数 衍射光 入射光 有效弹光系数 衍射光为 o 光 入射光为 e 光 可以发生反常衍射 同理证明，也可以发生正常衍射： 波矢图 正晶体 对于一个入射波矢，理论上存在两个不同的可以满足波矢匹配的声波波矢，对应不同的衍射方向； 但第二种声波频率太高，实际上一般不考虑； 反常衍射波矢失配大，一般不考虑高阶衍射。 正 负 正常衍射与反常衍射波矢图的比较： 求解，耦合波方程适用，但 Bragg 条件的形式不同 反常 Bragg 条件 规定：以声波波阵面为参考， 顺时针为正， 逆时针为正 石英晶体 由余弦定理 其中 代入，计算得到 再用一次余弦定理，得到 反常衍射的 Bragg 条件， Dixon方程 引入两个特征频率： Dixon方程改写为： “最大”频率 “最小”频率 下面会看到，两个特征频率相应于反常衍射的两种特殊情况 正晶体 当 两个反常衍射波重合，称为“简并衍射”，f’ 是可能的最大声波频率； 特点：对一给定的入射光方向，可以在很大声频范围内近似满足相位匹配条件，故带宽很大。 正晶体 当 刚好是入射光和衍射光光波波矢之差； 正晶体 在同一直线上，称“共线衍射” fmin 是可能的最小声波频率 特点：对于某一声波波矢，入射光可以在较大的入射角范围内达到相位匹配，故“入射孔径角”很大 这两种特殊情况在器件应用中有重要意义。 衍射效率 解耦合波方程，方法同正常衍射，但考虑 不同 求出 时， 正常： 衍射带宽 考虑相位失配 归一化相位失配函数 中心频率： 简并衍射带宽大 由 Doxon 方程 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ *第十七讲 声光相互作用的基本理论（续） * *