声表面波在Bragg声栅上衍射的偏转声束的发散角

本文从声表面波在声栅上的Bragg衍射的偏转角公式和偏转效率公式出发,分析了偏转声束的发散角δθ_1与声栅有关参数的关系。文中定义了声栅Bragg衍射的“Bragg角谱宽度”δθ_B,讨论了该量在判定偏转声束发散角δθ_1时的意义。结果表明:若入射声束的发散角δθ_(inc)的值大于声栅“Bragg角谱宽度”δθ_B,则偏转声束的发散角δθ_1等于δθ_B;反之若δθ_(inc)小于δθ_B,则δθ_4=δθ_(inc)。 实验上,应用观察和测量声-光衍射图案中的各束声对应的衍射光点的宽度的方法,对四种不同结构的样品——其中两种相应于δθ_(inc)(?)δθ_B,另两种相应于δθ_(inc)(?)δθ_B的情形——测量了δθ_(inc)和δθ_4。结果表明,上述理论分析结果与测量结果是一致的。     

声表面波在声栅上的Bragg衍射

本工作揭示了声表面波在声栅上的Bragg型衍射效应。应用简正波理论近似处理了在强Bragg条件下,声表面波在声栅上衍射的一些规律:栅阵内简正模式,偏转角和偏转效率与入射声波工作频率和声栅参数的关系。实验上,我们在y切割LiNbO₃压电晶体表面,用金属栅阵构成声栅,用光学法观察了声表面波(Rayleigh波)在上述声栅上的Bragg型衍射现象,并测量了偏转角和偏转效率随工作频率的关系。实验与理论结果比较表明,二者基本上是符合的。 关键词：     

超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域特性

利用Kogelnik耦合波理论对超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域衍射特性进行了研究,讨论了透射型体Bragg光栅的群延迟色散和光栅结构参数之间的关系,分析了群延迟色散和频谱剪切对衍射脉冲时域强度分布的影响.结果表明:当入射超短脉冲脉宽为100fs时,经透射型体Bragg光栅衍射后的脉冲展宽主要源自光栅对入射脉冲的频谱剪切,当入射超短脉冲脉宽为10fs时,衍射脉冲的展宽量不仅受频谱剪切的影响,而且与光栅的群延迟色散密切相关.     

声表面波透过理想化线性调频声栅后的Raman-Nath衍射特性

本文将声表面波声栅上的Raman-Nath衍射现象研究发展到其周期的空间频率为线性变化的声栅情形。在理论上,首先将声栅的调制函数理想化为正弦函数,然后将声栅出射平面上相应区域作为无穷障板上有限孔径内的场分布,采用光学中熟知的Kirchhoff衍射积分公式来求透射区的衍射场。给出了物理概念清晰的分析结果。表明声栅同时起两个作用:一是相当于一个等周期声栅作Raman-Nath衍射;二是对各衍射级声波又同时是具各自不同周期变化率的Fresnel透镜,实验上采用特殊结构叉指换能器来模拟上述理论要求的出射波阵面。实验结果良好地证实了上述理论分析结果。     

声表面波垂直入射于声栅时的衍射

本文分析了声表面波垂直入射于声栅时的衍射现象。理论上,应用唯象理论分析了声表面波垂直入射于声栅时,在“薄栅”和“厚栅”条件下的衍射特性。实验上,我们用光学法观察和测量了相应于“薄栅”和“厚栅”两种条件下的声栅衍射现象,得到了一些有意义的结果。例如,衍射声场近场的强度分布、正一级和负一级声的干涉场的强度分布,声栅内及透射后近场的声波波阵面等。还测量了各级衍射声波传播角度随频率而变化的情形,测量了零级和一级衍射声强度随频率而变化的情形。最后,将上述实验结果与应用唯象方法所分析的结果作了比较。     

声表面波在线性调频声栅上作Bragg衍射后的聚焦声场

本文应用准周期概念给出声表面波在线性调频声栅上Bragg衍射的透射函数。将一级衍射波的分布作为有限孔径内的已知分布。将求解透射区的一级声束的场分布问题作为求上述有限孔的衍射问题来处理。分析结果表明,对偏转声束来说,在Fresnel区存在一个Fraunhofer平面。线性调频声栅同时起两个作用:它既相当于一个等周期的声束偏转器,同时又是一个Fresnel透镜,在焦平面上的声场分布,是声栅出射平面上偏转声束幅度分布的Fourier变换。分析结果还表明:聚焦声轴随入射声波频率而平行移动。这一现象属首次发现,实验结果证实了上述理论分析预计。 关键词：     

准周期加隔板有限长圆柱壳声散射

研究准周期加隔板有限长圆柱壳在水中的声散射特性,隔板位置存在小的随机偏差.首先给出理论推导,通过计算周期加隔板情况验证理论公式的正确性.然后以角度-频率谱形式给出准周期加隔板圆柱壳声散射计算结果.计算表明隔板的准周期性导致Bloch-Floquet弯曲波和散射声场背景出现扩散和增强现象,而近乎平行于横轴的由隔板共振引起的亮条纹被散射声场背景所掩盖.最后讨论了随机因子、隔板个数以及隔板间距对Bragg散射的影响.计算表明随机因子越大Bragg散射条纹的频率范围越宽扩散越明显,隔板个数越多Bragg散射条纹的频率范围越窄能量越集中,隔板间距变大时Bragg散射条纹增多而且越高阶次的Bragg散射条纹扩散越严重.根据Bragg散射的几何特征导出的近似估算公式可以较准确预报Bragg散射在频谱图上的位置,也可以大致预报隔板准周期排列时Bragg散射的扩散现象.     

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     

光纤Bragg光栅的饱和效应

光纤 Bragg光栅的饱和效应可引起二阶衍射,并使一阶衍射的峰值反射率下降.本文利用折射率变化模型和耦合模理论,模拟了饱和情况下 Bragg光栅的一阶和二阶衍射谱,并讨论了饱和系数对一阶和二阶衍射的 Bragg波长和峰值反射率的影响.数值模拟结果与参考文献中的实验结果相吻合.     

基于匹配滤波解调的多芯Bragg光栅曲率传感器

设计了一种多芯光纤Bragg光栅曲率传感器,并采用匹配滤波技术实现曲率解调。多芯光纤Bragg光栅曲率传感器是通过在多芯光纤的两个中心对称纤芯中写入Bragg光栅实现的。两个光纤Bragg光栅具有相似的反射谱和中心波长,当多芯光纤发生弯曲时,两个光纤Bragg光栅的反射谱叠加区域将发生改变。将两个光纤Bragg光栅构造成匹配滤波模式,则两个光纤Bragg光栅反射谱的叠加区域面积决定了输出信号的光强,而叠加区域的面积与光纤曲率有关。因此,通过测量匹配滤波信号的功率可以实现曲率解调。结果表明,匹配滤波技术能有效解调多芯光纤Bragg光栅曲率传感器,最大曲率解调灵敏度为0.78mW·m~(-1)。此外,测量了多芯光纤Bragg光栅曲率传感器在不同轴向应变和环境温度下的解调性能,结果表明,该曲率解调系统具有很强的抵抗外界环境波动的能力。     

Principles of X-ray diffractometry of surface acoustic waves

Theoretical fundamentals of modern methods of X-ray diffractometry of surface acoustic waves (SAW) are considered briefly. X-ray diffraction on SAW-modulated crystals under total external reflection conditions and the Bragg conditions for the YZ-cut of the LiNbO₃ crystal is considered. Agreement of theoretical and experimental results makes it possible to use them for SAW diagnostics. Possibilities and limitations of listed methods for determining the SAW field parameters are discussed.     

Beam splitting, combining, and cross coupling through multiple superimposed volume-index gratings

We investigate the diffraction properties of multiple-superimposed index gratings from a vector synthetic viewpoint using coupled wave analysis with Bragg and non-Bragg readout. The vector synthetic gratings consist of two volume-index gratings with different grating wave vectors, which can be obtained in photorefractive materials, in optical fibers or in Bragg cells with two driving acoustic waves. This structure can realize beam splitting, beam combining, and beam cross coupling, etc. Analytic expressions for the diffraction efficiency as well as the amplitude of the waves involved are obtained. The results are presented and discussed.     

SiO2波导布拉格器件中声表面波及声光相互作用分析

针对SiO2光波导声光布拉格器件,计算了SiO2非对称平板波导TE模式的横向场分布;给出了SiO2/ZnO/Air层状介质结构的性能方程、运动方程和麦克斯韦方程,推导出这种层状结构的特征方程,并结合所满足的边界条件,得到了各层介质的位移及电磁场分布;计算了声表面波所引起的光学相对介质隔离率张量的变化,最后讨论了声光衍射效率和光场与声场的重叠积分、声功率、声频率、声孔径和光波导参数之间的关系。结果表明,在低频范围内光场与声表面波场重叠良好;低阶模的重叠积分始终大于高阶模重叠积分,最低阶模与声表面波相互作用最强,所需声功率最小;当声功率一定时,增加声孔径可以提高衍射效率。     

Acousto-optic interaction in crystals with large acoustic anisotropy

The Bragg diffraction of light from a sinusoidal phase grating induced in an anisotropic medium by an acoustic wave has been studied theoretically for the case of a large acoustic energy walk-off. Based on the modified coupled-wave equations, the frequency and angular characteristics of an anisotropic diffraction in a paratellurite crystal have been calculated. It is shown that the acoustic beam walk-off significantly changes the angular and frequency ranges of acousto-optic interactions.     

Ce:KNSBN晶体衍射特性研究

在非同时读出条件下测量了Ce:KNSNB晶体两波耦合体光栅衍射效率随写入光强比、写入光偏振态和写入光夹角的变化关系,并与同时读出条件下衍射效率变化规律的测量结果进行了比较,发现二者基本一致.利用耦合波理论对实验结果进行了理论分析和拟合,拟合结果和实验数据较好的吻合.     

Coupling of orthogonally polarized waves in BaTiO3

The first observation of anisotropic diffraction (with a 90|Mo change of the polarization of the diffracted wave) in BaTiO₃ from a grating recorded by two orthogonally polarized waves, an ordinary and an extraordinary wave, is reported. Three possible origins of this effect are considered: (i) direct one-step diffraction from a grating recorded anisotropically by spatially oscillating photovoltaic currents, (ii) indirect, sequential diffraction from two gratings, each recorded by one incident wave and an additional wave due to light-induced scattering, (iii) direct one-step diffraction from a grating with the grating vector equal to the difference of the grating vectors of two conjugated noisy gratings. The experimental evidence indicates that the process (iii) contributes most, and process (i) more than 10% to the overall diffraction efficiency, whereas process (ii) seems to be of minor importance.     

Anisotropic Bragg diffraction of finite-sized volume holographic grating in photorefractive crystals

Anisotropic diffraction of uniform plane wave by finite-sized volume holographic grating in photorefractive crystals is considered. It is found that the anisotropic diffraction can take place when some special conditions are satisfied. The diffracted image is obtained in experiment for the anisotropic Bragg diffraction in Fe:LiNbO₃ crystals. A coupled wave analysis is presented to study the properties of anisotropic diffraction. An analytical integral solution for the amplitudes of the diffracted beams is submitted. A trade off between high diffraction efficiency and the deterioration of reconstruction fidelity is analyzed. Numerical evaluations also show that the finite-sized anisotropic volume grating exhibits strong angular and wavelength selectivity. All the results are useful for the optimizing design of VHOE based on finite-sized volume grating structures.     

高斯光束在单轴晶体中的布拉格衍射特性

利用适当的坐标变换和黎曼方法建立了高斯光束在单轴晶体中布拉格衍射的严格的耦合波理论 ,获得了一组严格的耦合波方程和衍射效率计算公式 ,讨论了衍射效率随折射率调制量的关系以及波长选择性和角度选择性 ,同时分析了衍射效率对再现光宽度的要求。模拟计算表明 ,异常光与异常光 (ee)型布拉格衍射能够达到的最大衍射效率由记录时入射角决定 ,而且通过各参量的适当的选择 ,理论上ee型布拉格衍射能够在折射率调制量很低(如 8.2× 10 -5)的情况下获得接近 90 %的衍射效率。该理论模型为如何在较低折射率调制量下获得较高衍射效率提供了理论指导