物理光学与应用光学第二版课件第五章.pptVIP

写成标量形式为 式中，(Δn)M=n30PS/2，表示折射率变化的最大幅值。该式表明， 声光介质在超声波作用下，折射率沿x1方向出现了正弦形式的增量，因而声光介质沿x1方向的折射率分布为 n(x1,t)=n0-(Δn)Msin(Ksx1-Ωt) (5.2-20) 如果光通过这种折射率发生了变化的介质， 就会产生衍射。 (5.2-18) (5.2-19) 　　当超声波频率较低， 声光作用区的长度较短， 光线平行于超声波波面入射(即垂直于超声波传播的方向入射)时， 超声行波的作用可视为是与普通平面光栅相同的折射率光栅， 频 率为ω的平行光通过它时， 将产生图 5 -13 所示的多级光衍射。 图 5-13 喇曼—乃斯声光衍射 　　根据理论分析，各级衍射光的衍射角θ满足如下关系： λssinθ=mλ m=0, ±1, …　　　 　 (5.2-21) 相应于第m级衍射的极值光强为 (5.2-22) 式中，Ii是入射光强；V=2π(Δn)ML/λ表示光通过声光介质后， 由于折射率变化引起的附加相移；Jm(V)是第m阶贝塞尔函数， 由于 因而，在零级透射光两边，同级衍射光强相等，这种各级衍射光强的对称分布是喇曼—乃斯型衍射的主要特征之一。相应各级衍射光的频率为ω+mΩ，即衍射光相对入射光有一个多普勒频移。 　　2) 超声驻波的情况 　　在光电子技术的实际应用中，声光介质中的超声波可能是一个声驻波，在这种情况下，介质中沿x1方向的折射率分布为 n(x1,t)=n0+(Δn)MsinΩtsin Ksx1 　 (5.2-23) 光通过这种声光介质时，其衍射极大的方位角θ仍满足 λssinθ=mλ m=0, ±1, … 　　　　(5.2-24) 各级衍射光强将随时间变化，正比于J2m(VsinΩt)，以 2Ω的频率被调制。这一点是容易理解的: 因为声驻波使得声光介质内各点折射率增量在半个声波周期内均要同步地由“+”变到“－”， 或由“－”变到“+”一次， 故在其越过零点的一瞬间， 各点的折射率增量均为零，此时各点的折射率相等， 介质变为无声场作用情况， 相应的非零级衍射光强必为零。此外，理论分析指出，在声驻波的情况下，零级和偶数级衍射光束中， 同时有频率为ω,ω±2Ω，ω±4Ω，… 的频率成分; 在奇数级衍射光束中，则同时有频率为ω±Ω, ω±3Ω，… 的频率成分。 其中，Pp、Pq是晶体上外加电场后的极化强度分量，［gijpq］也叫二次电光系数，一般手册给出的是［gijpq］。 　　可以证明，［hijpq］和［gijpq］都是对称的四阶张量，均可采用简化下标表示，即ij→m,pq→n, m、n的取值范围是从 1 到 6。于是，克尔系数可以从9×9的四阶张量简化成6×6的矩阵，相应地，(5.1 - 71)式和(5.1-72)式可以写成： (5.1-73) (5.1-74) (5.1-75) 当n=4, 5, 6时， 有 (5.1-76) 　　下面，具体考察m3m晶类的二次电光效应。属于这一类晶体的有KTN(钽酸铌钾)， KTaO3(钽酸钾)、 BaTiO3(钛酸钡)、NaCl(氯化钠)、LiCl(氯化锂)、LiF(氟化锂)、 NaF(氟化钠)等。 　　未加电场时，m3m晶体在光学上是各向同性的， 折射率椭球为旋转球面： (5.1-77) 当晶体外加电场时，折射率椭球发生变化，根据(5.1-74)式和m3m晶类的二次电光系数矩阵， 其二次电光效应矩阵关系为 (5.1-78) 由此得出 将上面分量代入折射率椭球的一般形式(5.1-8)式， 得 　　现在讨论一种简单的情况：外电场沿着［001］方向(x3轴方向)作用于晶体，即E1=E2=0, E3=E。 　　因为立方晶体的电场E和极化强度有如下关系： Pi=ε0χEi i=1, 2, 3 (5.1-80) (5.1-79) 所以极化强度为P1=P2=0, P3=ε0χE, 代入(5.1-9)式，得 (5.1-81) 显然，当沿x3方向外加电场时，由于二次电光效应，折射率椭球由球变成一个旋转椭球，其主折射率为 (5.1-82) 当光沿x3方向传播时，无双折射现象发生；当光沿[100]方向(x1方向)传播时，通过晶体产生的电光延迟为 (5.1-83) 相应的半波电压为 (5.1-84) 5.1.4 晶体电光效应的应用举例 　　1. 电光调制 　　将信息电压(调制电压)加载到光波上的技术叫光调制技术。 利用电光效应实现的调制叫电光调制。图 5-8 是一种典型的电光强度调制器示意图，电光晶体(例如KDP晶体)放在一对正交偏振器之间，对晶体实行纵向运用，则加