声光波导衍射

本文报导在Ti扩散LiNbO_3波导中,由光学导波和声表面波实现的声光衍射实验。实验中,我们测量了两种TE(TE_0,TE_1)模的主要衍射级光强相对声功率的分布,同时给出实用的计算声功率公式:Pa=(4△n~2/n~6P_(3J)~2K)/LP_R。并在声光品质因数Q=2.5条件下,近似选取了Raman-Nath衍射0级光束相消的位相条件,进行了参数处理。计算了声功率、位移和应变。利用光学导波和声表面波衍射作用的集成光学声光器件,可用于光调制,偏转和开关。过去,这方面有代表性的研究工作是Kuhn等人在玻璃膜波导上的声光工作和Schmidt等人在LiNbO_3(LN)扩散波导上的声光工作。     

声光技术的进展

一、声光效应和声光器件 当声波在介质中传播时,由于物质的光弹效应,使介质的折射率发生周期性变化,从而也像相位光栅那样使光衍射.当超声波频率较低,声光互作用区较短时,入射光常被衍射成多级衍射光,这就是喇曼-奈斯衍射.如果超声波频率很高,光沿着适当的角度射入介质并通过较多的超声波阵面,则高次衍射光消失,只剩下0级和1级光,这就是布喇格衍射,这时入射光与衍射光的角度应满足布喇格方程即     

多重散射理论声光耦合波方程的龙格-库塔法数值分析

提出利用直观、方便且具有普遍性的4阶龙格-库塔(R-K)方法求解基于多重散射理论推导出的声光耦合波方程, 模拟计算布喇格衍射下衍射效率随各关键参数的变化关系, 分析入射光偏离Bragg角对Bragg衍射光效率的影响程度, 以及最佳Bragg衍射效率所需参数的选取问题. 模拟结果表明：Q（Klein-Cook参数）=4π时Bragg衍射效率可达97%, 证实了特征长度作为选取声光互作用长度的合理性.     

二维声光互作用理论及实验分析

本文在理论上推导了二维声光互作用的耦合波方程的普适形式,并借以对正常声光互作用下的喇曼-奈斯(Raman-Nath)型衍射进行了求解,所得结果与两个一维喇曼-奈斯型声光调制器组成的两维器件的实验结果进行比较,两者相符.     

超声光衍射强度的一组解析表达式

对光垂直入射于声波传播方向,而在声-光衍射谱中只有零级和正、负一级光的特定条件下,本文应用简正波方法推导了该三级衍射光(n=0,n=+1和n=-1)强度的解析表达式。该表达式与Nath从Raman-Nath方程出发所给出的结果是一致的。文中,应用数值计算方法,在1≤Q≤10的范围内,给出了该表达式能成立的条件。     

声光调Q激光器所需最小衍射效率的研究

以四能级系统为例, 研究了在输出脉冲能量一定的情况下,声光调Q激光器所需要的最小衍射效率如何确定的问题.通过对调Q反转粒子数密度的求解,获得了调Q激光器输出的一定脉冲能量与腔内损耗、所需最小Q开关的衍射效率和输出镜的反射率等的关系公式.这一结果为声光调Q激光器Q开关衍射效率的设计提供了简便的估算方法.     

基于喇曼—奈斯声光衍射的光学双稳装置

本文提出一种基于喇曼-奈斯(Raman-Nath)声光衍射的光学双稳装置。实验记录了喇曼-奈斯声光调制器的衍射光强特性曲线。显示了一级衍射光强相对输入光强的双稳特性。这种声光双稳装置可采用三种工作方式,其一种用途是可以作为多通道开关。     

基于声光效应的光束偏转控制理论研究

基于参量互作用观点及声光互作用原理,构建了入射光为高斯光并且存在声波吸收情况下的声光偏转器模型.基于此模型研究了超声波频率、声波功率和光束入射角对衍射光的影响.对比了有声波吸收和无声波吸收两种情况下上述三个参量对衍射光产生的不同影响.计算结果表明,同无声光吸收时相比,当存在声波吸收时,偏转器的衍射效率将减小,导致衍射波形畸变,光强峰值位置发生偏移.     

相位、振幅调制两用声光调制器设计

针对实际应用中大多的光调制器只能实现单参数调制的情况,提出一种既可以调相又可以调幅的声光调制器的设计方案.运用矩阵级数解法求解正常声光相互作用Raman-Nath方程,通过计算机编程进行数值求解,得到衍射光的衍射光强和附加位相变化,从而指出以往解法的一些不合理性,并找到声波功率和衍射光的光强和位相的关系,为声光效应的位相调制和振幅调制设计提供了一种可行的方法.结合调制声波频率,可在同一个调制器上进行调幅、调相、调偏转方向.     

基于Bragg反射面结构的衍射光栅设计与研究

基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构,本文提出利用一维光子晶体带隙理论进行Bragg反射光栅设计.通过光学仿真软件OptiFDTD对Bragg反射光栅的宽度及倾斜角度误差的仿真分析,发现Bragg光栅齿刻槽宽度变化在10%范围、倾斜角度10°以内不会引起Bragg光栅衍射效率的明显变化,说明Bragg反射光栅具有较高的工艺误差容限;根据一维光子晶体带隙理论,设计了一种罗兰圆结构的Bragg衍射双光栅结构模型,实现了两个频段之间的衍射分光,优化分析结果表明:当第一套光栅中Bragg周期层数为6、第二套光栅Bragg周期层数为10时,两频段波长的衍射效率均可以达到70%左右,明显高于传统深刻蚀的衍射光栅.基于本设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG波分复用器,为未来高效密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

多维声光衍射和多维声光器件

本文建立了沿不同方向的多个超声波信号作用下的多维声光衍射的耦合波方程,并求出相应的解。分析了多维声光衍射的衍射效率、压缩、交叉调制和互调制强度等特性。用我们研制的多维声光器件进行了实验测量,实验结果与理论分析一致。     

声光可调谐滤光器的等值点理论

系统地给出了满足平行切线动量匹配条件下的声光相互作用关系曲线 ,发现仅当光的入射方向与晶体光轴间的夹角约为 5 6°时 ,在可见至近红外光谱范围内 ,同一声波矢量可使o光入射e光衍射和e光入射o光衍射同时满足平行切线动量匹配条件 ,并且这两束衍射光的波长相等。称这一特殊的角度为声光可调谐滤光器理论设计的等值点 ,并通过实验验证了这一分析结果的正确性。应用等值点原理设计声光可调谐滤光器 ,在不降低波长分辨率的前提下可大幅度提高光谱测量的信噪比     

声光Naman-Nath衍射特性的研究

讨论了液体介质中的超声相位光栅的形成,根据声光相互作用类型的区分标准,在液体介质的超声光栅实验中声光相互作用一般为Naman-Nath衍射;相位光栅可以由声行波和声驻波形成,且形成的各级衍射条纹极大均由相同的光栅方程决定,各级衍射条纹的强度由相应阶次的J2m函数值决定;在此基础上给出了衍射条纹和衍射光强的分布特点.     

声光衍射实验的衍射距离读取软件设计

声光衍射是大学物理中的一个重要实验,涉及声光相互作用及光的衍射等相关知识。本文尝试设计从衍射图像中获取衍射信息的软件,即获取各级衍射斑纹对应的衍射距离,并计算出超声波速,以解决实验中通过手动描点测量引入的误差问题。本文设计的软件通过Matlab程序运行,首先把理想的衍射图像转化为灰度图,通过判定衍射斑点的位置后,以固定距离的标尺来获取衍射距离。本文对软件测量过程中所涉及的斑点连续和光标位置的确定等问题进行了讨论,并在最后通过真实的衍射斑点图像进行了测量验证。     

磁光Bragg衍射中的相位失配分析

给出了任意倾斜偏置磁场作用下相位失配时微波静磁波与导波光的磁光耦合方程，分析了相位失配对导波光衍射效率及其衍射方向的影响.计算了YIG薄膜波导中静磁反向体波与导波光非共线作用的Bragg衍射效率, 传统磁化时计算结果与实验结果一致.计算表明，与传统磁化情形相比，适当的偏斜磁场可使导波光衍射效率提高6dB以上；当导波光入射角保持不变时，由磁场方向改变引起的相位失配对衍射效率的影响不大.因此，优化偏置磁场方向是改善磁光Bragg器件衍射性能、提高磁光带宽的有效方法. 关键词： 磁光效应 Bragg衍射 静磁波     

关于夫琅和斐衍射与菲涅耳衍射的区别的演示实验

一、问题的提出和实验的设计 光学是普通物理学中的一个重要组成部分,尤其是以波动为基础的物理光学内容无论是在现代科学研究还是在生产实践中非常重要.而在物理光学中,光的衍射是最基本最重要的课题之一,对于什么是衍射、衍射产生的机理,不同条件下产生不同的衍射,各种衍射间的区别和联系等问题,是学习光的衍射时所必须掌握的内容,而这些也正是学生学习的难点.我们觉得关于光的两种衍射的区别的演示是很必要的,通过演示不仅使学生看到两种衍射在衍射花样上有很大不同,而且使学生从光路的布置上看到两种衍射产生的不同条件,从而对两种衍射…     

Bragg反射齿型平面凹面衍射光栅性能研究

本文基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构, 提出利用一维光子晶体理论进行Bragg衍射光栅的设计并对其性能进行研究分析. 根据一维光子晶体理论, 建立了罗兰圆结构的凹面椭圆Bragg蚀刻衍射光栅, 研究了TE/TM模式下器件的分光特性以及入射角度改变对器件角色散造成的影响; 同时, 文中对比了空气介质型和金属铝线型椭圆Bragg蚀刻衍射光栅的光学性能. 研究结果表明: 选择合适的器件参数, 可以实现TE/TM模式下1.465-1.615 μm范围内波长衍射效率在95% 以上, 且空气介质型结构光栅的通道均匀性要优于金属铝线型结构光栅; 入射角在30°-60°范围内变化时, 相同入射角度下, TM模式下器件角色散大于TE模式. 基于Bragg衍射光栅设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG 波分复用器, 为未来密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

基于布拉格声光衍射场的光强非均匀空间分布研究

为了保证合成孔径激光雷达测试中信号光的光束质量,从波动方程出发,推导出传统的衍射光源布拉格声光作用的耦合波方程。根据测试对光束质量的不同要求,借助有限差分方法分析衍射场光强的空间三维分布,发现声场振幅的不均匀分布会影响声光衍射场的光强分布,光强分布不均造成实验中信息光源的探测难度。通过光强空间分布研究增大有效通光孔径到3 mm,解决了声光调制器光束衍射质量问题,改进后的光束质量达到实验要求。该研究方法适用于改进声光器件工作参数。     

表面波布拉格声光互作用耦合波方程的研究

定义了压电晶体的增劲声光系数，它反映压电晶体中声光、电光和压电效应共同作用的结果。从参量互作用基本理论出发，同时考虑声光效应、电光效应和压电效应三个因素，用一个压电增劲声光系数来表示三种因素的共同作用，导出表面波声光布拉格互作用的耦合波方程。并求解得出相应衍射效率的计算公式。该式说明在弱声光互作用条件下，衍射导光波强度与超声功率成正比。表面波声光器件具有体积小、工作稳定、能耗小、易于集成等优点。可以用作光偏转器、光调制器、滤光器。在光通信以及各类实时信号处理，如相关、卷积、频谱分析、矩阵光计算等领域具有广泛的应用前景。     

多频声光互作用的研究

本文推导出包括正常和反常声光互作用在内的多频声光耦合波方程的普适形式,并得出两个独立超声波信号时布拉格状态下方程的解.分析了多频声光互作用的各种线性和非线性效应,包括衍射效率、压缩、交叉调制和各级互调制强度等,并指出反常与正常多频声光衍射的差异.结论是反常多频声光互作用情况下,各级互调制模强度与主衍射模强度的比值小于正常多频声光互作用情况下的相应比值.实验结果与理论分析相符.