光波在声光晶体中的传播-2015概要.pptxVIP

2025/7/23共33页1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。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“相位光栅”，该光栅间距(光栅常数)等于声波波长?s。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。２.４光波在声光晶体中传播2.4.1声光效应n大n小

2xLRarefactionCompressionRefractiveindexLx折射率随声波变化，折射率起伏周期为L,等于声波的波长,且以声速传播

2025/7/23共33页301040203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?s(一般为大小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“声光栅”可以看作是静止的。设声波的角频率为?s，波矢为ks(＝2?/?s)，

2025/7/23共33页4或者写成：这里?n=-ksA，则行波时的折射率：此处?n=-(1/2)no3PS，（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

2025/7/23共33页52.4.2声光相互作用的两种类型按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光互作用可以分为拉曼—纳斯(Raman—Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射两种类型。当超声波频率较低，光波平行于声波面入射(即垂直于声场传播方向)，声光互作用长度L较短时，产生拉曼—纳斯衍射。相反情况为布拉格衍射

2025/7/23共33页61拉曼-纳斯衍射由于声速比光速小很多，故声光介质可视为一个静止的平面相位光栅。而且声波长λs比光波长λ大得多，当光波平行通过介质时，几乎不通过声波面，因此只受到相位调制，即通过光学稠密(折射率大)部分的光波波阵面将推迟，而通过光学疏松(折射率小)部分的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凸凹现象，变成一个折皱曲面。

2025/7/23共33页7)sin(),sin(21),(03xktnxktPSntxnssss-=--=?ww2103PSnn-=：注意设声光介质中的声波是一个宽度为L沿着x方向传播的平面纵波(声柱)，波长为λs(角频率ωs)，波矢量ks指向x轴，入射光波矢量ki指向y轴方向，如图1.3-4所示。声波在介质引起的弹性应变场可表示为根据前面的(1.3-3’)式，则有??

2025/7/23共33页8则在y＝L／2处出射的光波不再是单色平面波，而是一个被调制了的光波，其等相面是由函数n(x)决定的折皱曲面，其光场可写成(1.3-10)当把声行波近似视为不随时间变化的超声场时，可略去对时间的依赖关系，这样沿x方向的折射率分布可简化为n(x,t)=no+?nsin(ωst-ksx)(1.3-7)n(x,t)=no+?nsin(ksx)(1.3-8)no为平均折射率；?n为声致折射率变化。由介质折射率发生周期性变化，会对入射光波的相位进行调制。如考察一平面光波垂直入射的情况，在介质的前表面y＝-L／2处入射，入射光波为：Ein=Aexp(iωct)(1.3-9)该出射波阵面可分成若干个子波源，则在很远的P点处总的衍射

2025/7/23共33页9(1.3-12)式中，l＝sinθ(因观察角度不同引