第二章3光波在声光晶体中的传播ppt课件.ppt

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1、２.４光波在声光晶体中传播1驻波形成驻波的条件：波形不传播，是媒质质元的一种集体振动状态。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。——干涉的特例知识回顾一、驻波方程函数不满足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。二、驻波的特点相邻波腹（节）间距相邻波腹和波节间距结论振幅是质点位置的函数，有些

2、点始终不振动，有些点始终振幅最大.xy波节波腹振幅包络图波腹波节可用测量波腹间的距离，来确定波长。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。光栅常数：a+b数量级为10-5~10-6ma透射光栅a反射光栅各缝射出的衍射角相同的光线，会聚在屏上的相同位置，明暗决定于各缝的衍射光之间的干涉单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化。abPOP衍射角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

3、合光栅衍射为单缝衍射和多缝干涉的叠加效果。xfo屏ab+衍射角ab(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光栅公式光栅衍射明条纹位置满足：(a+b)sin=k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sin0I单I0单-2-112(/a)单缝衍射光强

4、曲线IN2I0单048-4-8sin(/d)单缝衍射轮廓线光栅衍射光强曲线sinN204-8-48(/d)多光束干涉光强曲线三、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.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。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：

5、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：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。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”，光栅常数等于声波长s。当光波通过此介

6、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。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。声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式n小n大超声行波瞬时相位栅1、相位栅类型设声波的角频率为s，波矢为ks(＝2/s)，声波的方程为：或者写成：这里n=-ksA，则行波时的折射率：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

7、质折射率的变化正比于介质质点沿x方向位移的变化率，即此处，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。折射率空间分布周期为声波的波长λs声驻波是由波长、振幅和相位相同，传播方向相反的两束声波叠加而成的。其声驻波方程为声驻波的振幅为2Acos(2πx/λs)，它在x方向上各点不同，但相位2πt/Ts在各点均相同。图超声驻波x＝nλs/2x＝(2n+1)λs／42A波腹波节由于声驻波的波腹和波节在介质中的位置是固定的，因此它形成的光栅在空间也是固定的。声驻波形成的折射率变化(正比于介质质点沿x方向位移的变

8、化率,对上式求导）△n=-4Aπ/λs超声驻波引起的介质折射率分布所形成的驻波波腹分别对应于超声驻波的波节，而折射率分布所形成的驻波波节分别对应于超声驻波的波腹．介质折射率分布每隔半个周期(Ts／2)在波腹处变化一次。在两次变化中间的瞬间，介质中各处的折射率相同。即在超声波的一个周期内，超声光栅出现和消失的次数为2次。超声驻波场形成的折射率空间分布周期仍为声波的波长λs2