2.4光波在声光晶体中的传播程序.pptVIP

物质效应 折射率 各向同性材料 各向异性材料 电光效应 声光效应 磁光效应 各向同性物质 设偶极子密度为N，有P＝Np 电极化矢量: P＝e0cE e0为真空中的介电常数， c为电极化常数 电位移矢量： D＝e0E+P= e0erE= eE er＝1＋c为相对介电常数， e＝ e0er为介电常数 相对介电常数： er=n2 各向异性物质 非晶态和部分晶体? 由晶体的对称性决定 共有7个晶系 部分晶体 ? 三斜、单斜、正交、三角 四方、六角、正方 电极化矢量一定与外加电场同方向吗？ a b c a b g 三斜:a筨筩,a筨筭 单斜:a筨筩,a=b=90? g ?0? 正交:a筨筩,a=b= g =90? 三角:a=b=c，a=b= g 120? ?90? 四方:a=b筩，a=b= g =90? 六角:a=b ?c,a= g =90? b= 120? 立方:a=b=c，a=b= g =90? GaAs, Ge, Si, InP KDP， 金红石(rutile) LiNbO3, SiO2 云母 a b c a b g 各向异性物质 电极化矢量: P＝e0[c]E [ c]为二阶电极化系数张量 材料主轴与坐标轴重合时，有： c ij=Cijdij 各向异性物质 电位移矢量： D＝e0E+P= [e]E eij= eji [e] ＝e0(I+ [c] ), [er] ＝I+ [c] 折射率椭球： 各向异性物质 在非角元素为零时，折射率椭球： x z y 各向异性物质 任意方向光的传播 传播方向为k。 x rb k z y ra rb ra 过坐标原点作k的垂面与椭球相交成一椭圆，此椭圆长半轴为ra，短半轴为rb。 可将光波的电矢量分解为ra和rb两个相互垂直方向上的振动，得到光波的两个偏振态，其对应当折射率分别为na=ra和nb=rb。 等轴晶体 单轴晶体 以z轴为轴的旋转椭球，z轴称为光轴 双轴晶体 各向异性物质 单轴晶体 单轴晶体：以z轴为轴的旋转椭球，z轴称为光轴 x rb k z y ra rb nx O光（寻常光）：电矢量的偏振方向在xy平面，对应当折射率为no。 e光（非寻常光）：对应当折射率为rb。 设k与z轴夹角为q q rb q k y z 声光晶体Acoustic Optical Crystal 当光波和声波同时射到晶体上时，声波和光波之间将会产生相互作用，从而可用于控制光束，如使光束发生偏转、使光强和频率发生变化等，这种晶体称为声光晶体。 钼酸铅(PbMoO4)、二氧化碲 (TeO2)、硫代砷酸砣(Tl3AsS4)等。 可制成各种声光器件，如声光偏转器、声光调Q开关、声表面波器件等。 广泛用于激光雷达、电视及大屏幕显示器的扫描、光子计算机的光存储器及激光通信等方面。 二氧化碲晶体 声波是一种弹性波(纵向应力波)，使介质产生相应的弹性形变，激起各质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化。 ２.４ 光波在声光晶体中传播 介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的撓辔还庹，该光栅间距(光栅常数)等于声波波长ls。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。 一、声光栅 光栅 声光 电光 V - + + - + ~ 声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。图1.3-1所示为某一瞬间超声行波的情况，其中深色部分表示介质受到压缩，密度增大，相应的折射率也增大，而白色部分表示介质密度减小，对应的折射率也减小。在行波声场作用下，介质折射率的增大或减小交替变化，并以声速ns(一般为 n 大 n 小 103m/s量级)向前推进。由于声速仅为光速(108m)的数十万分之一，所以对光波来说，运动的撋庹可以看作是静止的。设声波的角频率为ws，波矢为ks(＝2p/ ls)， 或者写成： 这里 Dn = -ksA，则行波时的折射率： 此处 Dn = -(1/2)no3 PS， （1.3-3? 式中，S为超声波引起介质产生的应变，P为材料的弹光系数。 式中a为介质质点的瞬时位移，A为质点位移的幅度。可近似地认为，介质折射率的变化正比于介质质点沿x方向位移的变化率，即 (1.3-1) 声波的方程为 声驻波是由波长、振幅和相位相同，传