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.