光波在声光晶体中的传播讲解

I0单 I单
单缝衍射光强 曲线
-2
-
0
多光束干涉光强1 曲线 N2
1
2 sin(/a)
-8
-4
光栅衍射 光强曲线
0 I N2I0单
4
单缝衍射 轮廓线
8 sin(/d
-8
-4
0
4
8 sin(/d
3 声光效应
弹光效应：由于外力作用而引起光学性质变 化的现象。
声波作为一种弹性波，在晶体中传播时，会 造成介质密度的疏密变化，使得介质的折射率分 布也随之改变，密度大的位置折射率大。
n大
压缩
n小
拉伸
超声行波瞬时相位栅
设声波的角频率为s，波矢为ks(＝2/ s)，
声波（行波）的方程为： a(x, t) Asin(st ks x)
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 或者写成：
n( x, t )
)
y

y1

y2

2Acos 2
x

cost
A(x) 2Acos2 x y A( x )cost

函数不满足 y( t t , x ut ) y( t , x ) 它不是行波
它表示各点都在作简谐振动，各点振动的频 率相同，是原来波的频率。但各点振幅随位置的 不同而不同，与时间无关。
ab
定于各缝的衍射光之间的干涉
光栅衍射为单缝衍射和 多缝干涉的叠加效果。


a b
衍射角
a +b
屏
o
x
f
(a+b) sin ——相邻两缝光线的光程差
二、光栅公式
任意相邻两缝对应点在衍射角为 方向的两衍射光 到达P点的光程差为(a+b)sin
光栅衍射明条纹位置满足：
(a+b)sin =k 光栅公式
二、驻波的特点
cos2 x 1
2 x k
A( x) 2A 振幅最大，波腹
x 2k k 0,1,2,
4
cos2 x 0 A( x) 0 振幅最小，波节
2 x ( k 1 ) x (2k 1) k 0,1,2,

形成驻波的条件 ：
驻波由两列同 振幅、传播方向相 反的相干波（同方 向、同频率、相差 恒定）叠加而成。
特点：
不是振动的传播，而是媒质中各质点都作稳定的振动，但各 点的振幅不同,有些点始终静止不动,而另一些点则振幅最大。
一、驻波方程
y1

A cos( t

2x
)
y2

A cos( t

2x
a(x, t) Asin(st ks x)
透射光栅 a
反射光栅 a
ba
光栅常数：a+b 数量级为10-5~10-6m
衍射角
P

单缝的夫琅和费衍射图样，不随 缝的上下移动而变化。
对于光栅中每一个宽度相等的狭缝
来说，它们各自在屏上产生强度分
布完全相同单缝衍射图样，这些衍
射图样位置完全重合
P
各缝射出的衍射角相同的光线，


O
会聚在屏上的相同位置，明暗决

d d
a x

ks
A cos(st

ks x)
n(x, t) n cos(st ks x)
这里 n = -ksA，则行波时的折射率：
n(x, t)

n0

n
cos(st

ks
x)

n0

1 2
n03 P S
cos(st

ks
x)
此处 n 0.5n03PS ， 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。
2
4
结论 振幅是质点位置的函数，有些点始终不振动，
有些点始终振幅最大.
x 2k k 0,1,2,
波腹
4
x (2k 1) k 0,1,2, 波节
4
相邻波腹（节）间距 2 可用测量波腹
相邻波腹和波节间距 4
间的距离，来 确定波长。
y
波腹
振幅包络图
波节

k=0,±1, ±2, ±3 ···
这种明条纹是由所有狭缝的对应点射出的光线叠加而成 的，所以强度极大，称为主极大。
光栅缝数N 越多，则明条纹就越亮。
光栅常数(a＋b)愈小，各级明条纹的 角愈大，因
而条纹分布越稀疏
三、光强分布
多光束干涉的各 明条纹要受单缝 衍射的调制.单缝 衍射光强大的方 向明条纹的光强 也大，单缝衍射 光强小的方向明 条纹的光强也小.
波长s。当光波通过此介质时，
会产生光的衍射。衍射光的强度、 频率、方向等都随着超声场的变 化而变化。
1、相位栅类型
声波在介质中传播分为 行波和驻波两种形式
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。
光电子技术原理 及应用
2019/5/27
1
本章介绍
§4-1光辐射的电磁理论 §4-2光辐射在大气中的传播 §4-3光辐射在水中的传播 §4-4光辐射在电光晶体中的传播 §4-5光波在声光晶体中的传播 §4-6光波在磁光介质中的传播 §4-7光波在光纤中的传播
2
知识回顾
1 驻波
——干涉的特例
波形不传播，是媒质质元的一种集体振动状态。
声光效应：由于声波作用而引起光学性质变 化的现象，声光效应是弹光效应的一种。
声光效应与电光效应对比
相似之处：
晶体在受到外部作用后，才出现光学性质的变化， 具体表现为折射率的分布发生改变。
区别：
相对
单位横 截面的
伸长
作用力
电光效应中，造成折射率变化的因素是外加量电场。
声光效应中，造成折射率变化的因素是应变或应力。

3
5 x
4
4
4
4

2
行波：是波从波源向外传播。 驻波：波在一个空间中来回反射，由于来回的距离等于 1/4波长的奇数倍，于是反射回来的波与后面传来的波发 生干涉，形成稳定的干涉场，各处的振幅稳定不变。振幅 为零的地方叫波节，振幅最大的地方叫波腹。
2 光栅衍射
一、光栅衍射现象与规律
衍射光栅：由大量等间距、等宽度的平行狭缝 或反射面所组成的光学元件。
来自百度文库
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
超声光栅
声波使介质的折射率发生相 应的周期性变化，如同一个光学 “相位光栅”，光栅常数等于声