光电子技术(声光调制和声光偏转)
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在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的 振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入 室内，就可以增加室内空气的湿度．这就是超声波加湿器的原 理。
对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位．利 用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗 效．利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎．
在探测到敌方发射的鱼雷后，这些声波转换器 可在瞬间发射出高能脉冲声波，其强度足以摧毁 或者提前引爆被锁定的鱼雷。由于是在水下，声 波拦截鱼雷时的速度可达1.5千米/秒。
超声波的应用2
超声不仅是信息载体，还是一种能量形式，在传播时可以进 行能量的转换。超声波加湿器就是一个很简单的例子。它的关 键部件是压电陶瓷，通电之后，把高频电转化为超声，使很强 的超声波从下方发出。在水面的局部小区域内，声能转化为机 械能，引发起强大的机械力，把水“打碎”，并喷射出来，形 成水雾，加湿空气。
4.6.3拉曼——奈斯衍射
声波阵面 λs 入射光
λ L
对于垂直入射情形，相对 于0度方向的衍射极值角度 方向由公式Baidu Nhomakorabea
s in m
m
s
m 0,1,2,
式中θm为第m级衍射极值的偏角。
4.6.3拉曼——奈斯衍射
▪ 拉曼—奈斯衍射时，入射光在相互作用区 内部的传播方向仍保持直线方向，而与折 射率变化有关的介质的光学不均匀性只对 通过声柱的光的相位发生影响。
声光衍射
根据光波波长、声波波长，以及相互作用 区域的长度等因素，将声光衍射分为： ➢拉曼——奈斯衍射 ➢布拉格衍射
4.6.3拉曼——奈斯衍射
1、在低声频和声波束的宽度（即声光相互作用）
L不大的情况下且k⊥ks时可以将声光介质看成一
块普通的位相光栅。 2、光束在介质中传播时，由于折射率随介质密度 的变化，使得出射光波的波前已不再是平面波的 波面，而是波浪状曲面。波面上的各点作为次波 源，发出子波在空间相互干涉而形成多级衍射条 纹。这种类似于普通面光栅的作用而产生的声光 衍射，就称为拉曼——奈斯衍射。
超声波的应用3
超声清洗。把表面生锈和沾有脏污的物体浸泡在水一类的清洗液 中，送入一定量的超声，使污物从工件表面脱落下来。金银珠宝配 带久了，失去光泽，变得难以入目，化学清洗会损伤饰物表面，而 超声清洗可以整旧如新取得理想的效果。
超声悬浮是借助超声产生的强大声场将颗粒或液滴托起，在密 闭装置内进行实验，保持超纯度，超精度。超声马达是利用压电陶 瓷把电信号转化成超声振动，产生一定的力，带动马达工作，平稳、 速度可调、不怕磁干扰，小的可用于相机的变焦镜头，大的甚至可 以代替现有的汽车马达。超声焊接是利用超声的高频振动，把两个 不同的物件连接在一起，因为它基本不发热、不变形，在微电子工 业中用来焊接集成电路芯片，尤其是它能焊接某些特殊的稀有金属， 在核工业、空间技术等领域可以开发更多的用途。
区别：
电光效应中，外加电场的加入是起因。 声光效应中，造成折射率变化的因素是应变或 应力。
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射 ۩ 4.6.5声光调制 ۩ 4.6.6声光偏转
4.6.3拉曼——奈斯衍射
超声波的应用4
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射 ۩ 4.6.5声光调制 ۩ 4.6.6声光偏转
4.6.2 声光效应
晶体光学性质的变化，不仅可以通过外加电 场的作用实现，外力的作用也能够造成折射率的 改变。
弹光效应：由于外力作用而引起介质光学性 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。
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
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。
▪ 模仿蝙蝠使用超声的道理，人类发明了声纳这种装在船只及潜艇 上的装置。 靠超声在水中传播时碰到物体产生回波，来测定距离， 确定位置。能发现对手，或保证航行安全。
合成孔径声纳可以用于海底测量，水下 考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进 行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有 重要的意义。
可拦截鱼雷的脉冲声波发射系统
▪ 声波的作用可归结为形成以声速运动的、 周期等于声波周期的相位光栅，因而这种 衍射遵循普通相位光栅的衍射定律。
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射 ۩ 4.6.5声光调制 ۩ 4.6.6声光偏转
4.6.1超声波的概念
▪ 世界因为有了声音而充满欢乐。我们平常听到 的各种声音只是声音世界中的一部分，范围在20 赫兹至20000赫兹之间，而20000赫兹以上的声 音是超声，尽管听不到，却很有意义。
1、声光衍射的定性描述：在晶体中传播的超声波， 会造成晶体的局部压缩或伸长，这种由于机械应 力引起的弹光效应使晶体的介电常量发生变化， 因而折射率也发生变化。 2、在介质中形成了周期性的有不同折射率的间隔 层，这些层以声速运动，层间保持声波波长一半
（λs/2）的距离，当光通过这种分层结构时，就
发生衍射，引起光强度、频率和方向随超声场的 变化。
▪ 超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿 直线传播。它的应用就是按照这两个特点展开的。
▪ 理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物 体振动的能量跟振动频率的二次方成正比．超声 波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高， 因而能量很大。
超声波的应用1
▪ 蝙蝠非常善于使用超声。它们用喉头发出20千赫至120千赫之间 的超声啾鸣，用耳朵接收障碍物的反射回波，以这个回波来判断猎物 的距离、方位、形状和速度。那份灵巧和精确让人瞠目。
对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位．利 用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗 效．利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎．
在探测到敌方发射的鱼雷后，这些声波转换器 可在瞬间发射出高能脉冲声波，其强度足以摧毁 或者提前引爆被锁定的鱼雷。由于是在水下，声 波拦截鱼雷时的速度可达1.5千米/秒。
超声波的应用2
超声不仅是信息载体，还是一种能量形式，在传播时可以进 行能量的转换。超声波加湿器就是一个很简单的例子。它的关 键部件是压电陶瓷，通电之后，把高频电转化为超声，使很强 的超声波从下方发出。在水面的局部小区域内，声能转化为机 械能，引发起强大的机械力，把水“打碎”，并喷射出来，形 成水雾，加湿空气。
4.6.3拉曼——奈斯衍射
声波阵面 λs 入射光
λ L
对于垂直入射情形，相对 于0度方向的衍射极值角度 方向由公式Baidu Nhomakorabea
s in m
m
s
m 0,1,2,
式中θm为第m级衍射极值的偏角。
4.6.3拉曼——奈斯衍射
▪ 拉曼—奈斯衍射时，入射光在相互作用区 内部的传播方向仍保持直线方向，而与折 射率变化有关的介质的光学不均匀性只对 通过声柱的光的相位发生影响。
声光衍射
根据光波波长、声波波长，以及相互作用 区域的长度等因素，将声光衍射分为： ➢拉曼——奈斯衍射 ➢布拉格衍射
4.6.3拉曼——奈斯衍射
1、在低声频和声波束的宽度（即声光相互作用）
L不大的情况下且k⊥ks时可以将声光介质看成一
块普通的位相光栅。 2、光束在介质中传播时，由于折射率随介质密度 的变化，使得出射光波的波前已不再是平面波的 波面，而是波浪状曲面。波面上的各点作为次波 源，发出子波在空间相互干涉而形成多级衍射条 纹。这种类似于普通面光栅的作用而产生的声光 衍射，就称为拉曼——奈斯衍射。
超声波的应用3
超声清洗。把表面生锈和沾有脏污的物体浸泡在水一类的清洗液 中，送入一定量的超声，使污物从工件表面脱落下来。金银珠宝配 带久了，失去光泽，变得难以入目，化学清洗会损伤饰物表面，而 超声清洗可以整旧如新取得理想的效果。
超声悬浮是借助超声产生的强大声场将颗粒或液滴托起，在密 闭装置内进行实验，保持超纯度，超精度。超声马达是利用压电陶 瓷把电信号转化成超声振动，产生一定的力，带动马达工作，平稳、 速度可调、不怕磁干扰，小的可用于相机的变焦镜头，大的甚至可 以代替现有的汽车马达。超声焊接是利用超声的高频振动，把两个 不同的物件连接在一起，因为它基本不发热、不变形，在微电子工 业中用来焊接集成电路芯片，尤其是它能焊接某些特殊的稀有金属， 在核工业、空间技术等领域可以开发更多的用途。
区别：
电光效应中，外加电场的加入是起因。 声光效应中，造成折射率变化的因素是应变或 应力。
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射 ۩ 4.6.5声光调制 ۩ 4.6.6声光偏转
4.6.3拉曼——奈斯衍射
超声波的应用4
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射 ۩ 4.6.5声光调制 ۩ 4.6.6声光偏转
4.6.2 声光效应
晶体光学性质的变化，不仅可以通过外加电 场的作用实现，外力的作用也能够造成折射率的 改变。
弹光效应：由于外力作用而引起介质光学性 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。
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
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。
▪ 模仿蝙蝠使用超声的道理，人类发明了声纳这种装在船只及潜艇 上的装置。 靠超声在水中传播时碰到物体产生回波，来测定距离， 确定位置。能发现对手，或保证航行安全。
合成孔径声纳可以用于海底测量，水下 考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进 行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有 重要的意义。
可拦截鱼雷的脉冲声波发射系统
▪ 声波的作用可归结为形成以声速运动的、 周期等于声波周期的相位光栅，因而这种 衍射遵循普通相位光栅的衍射定律。
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射
4.6 声光调制的物理基础
۩ 4.6.1超声波的概念 ۩ 4.6.2声光效应 ۩ 4.6.3拉曼——奈斯衍射 ۩ 4.6.4布拉格衍射 ۩ 4.6.5声光调制 ۩ 4.6.6声光偏转
4.6.1超声波的概念
▪ 世界因为有了声音而充满欢乐。我们平常听到 的各种声音只是声音世界中的一部分，范围在20 赫兹至20000赫兹之间，而20000赫兹以上的声 音是超声，尽管听不到，却很有意义。
1、声光衍射的定性描述：在晶体中传播的超声波， 会造成晶体的局部压缩或伸长，这种由于机械应 力引起的弹光效应使晶体的介电常量发生变化， 因而折射率也发生变化。 2、在介质中形成了周期性的有不同折射率的间隔 层，这些层以声速运动，层间保持声波波长一半
（λs/2）的距离，当光通过这种分层结构时，就
发生衍射，引起光强度、频率和方向随超声场的 变化。
▪ 超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿 直线传播。它的应用就是按照这两个特点展开的。
▪ 理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物 体振动的能量跟振动频率的二次方成正比．超声 波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高， 因而能量很大。
超声波的应用1
▪ 蝙蝠非常善于使用超声。它们用喉头发出20千赫至120千赫之间 的超声啾鸣，用耳朵接收障碍物的反射回波，以这个回波来判断猎物 的距离、方位、形状和速度。那份灵巧和精确让人瞠目。