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：     

声表面波在声栅上的反常Bragg衍射

本文讨论了在考虑基片各向异性因素时,声表面波在声栅上的Bragg衍射现象。理论分析时,将有关波式和不同模式之间的差别唯象地以它们对应的相速不同来表征之,而不具体讨论这些波式或模式的偏振特性。在分析时,与讨论声-光反常Bragg衍射情形一样采用二波近似,但不借助于引入对应于极化矢量那样的量,而直接由栅区声速分布给出各波式之间的耦合系数。由此而得出的“反常Bragg衍射”公式,与声-光情形下采用极化矢量概念给出的公式一一对应。由这些公式计算的结果,与实验结果良好地符合。 关键词：     

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。     

柚子型微结构光纤Bragg光栅温度和应变传感特性研究

通过对柚子型微结构光纤Bragg光栅的多个反射峰的温度和应变传感特性进行的理论和实验 研究，得出柚子型微结构光纤Bragg光栅的反射波长与温度呈二次关系，且理论和实验二者 吻合较好; 同时发现每个反射峰的温度灵敏度不同.理论分析柚子型微结构光纤Bragg光栅的 反射波长与应变呈线性关系，实验得到了该种Bragg光栅的反射波长与应变的线性关系，实 验结果与理论分析相吻合.由于微结构光纤光栅反射谱中多个峰对温度和应变等物理量敏感 度不一致，这种Bragg光栅更适合应用到多参量传感领域. 关键词： 微结构光纤 光纤Bragg光栅 温度传感 应变传感     

SH型声表面波在栅阵中传播特性的变分原理研究

提出了一个研究SH型声表面波在金属短路栅中传播时频散特性的理论方法,即根据陈东培和H．A．Haus理论,利用压电晶体中的变分原理和SH型表面波COM模型分析了栅阵中SH型声表面波的传播特性。该方法的最大优点是不需要使用复杂的Green’s function,其理论分析结果与Hashimoto有限元程序运算结果相一致。Hashimoto的程序在计算ST-90°X石英等一些晶体切向上短路栅的频散关系时是无解的。而这个新方法能很好的计算这些晶体上短路栅的频散关系。     

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.     

短路金属栅对正入射瑞利波的散射

由压电晶体动力学方程等出发,用电表面边界微扰技术得到了入射声表面波在栅区激发的微扰电场及电荷分布;将这些电荷作为表面激发源,用积分变换得到了包括散射声表面波和体波的一般积分解。数值计算了YZ-LiNbO_3,表面上短路金属栅对正入射瑞利波散射的声表面波,给出了其反射系数,前向散射系数等与栅条宽度的关系;进而导出了声表面波经过金属栅时的相速变化。理论计算与实验测量结果符合较好。     

声表面波在厚金属栅阵中的耦合模参数

提出了一种研究声表面波在压电晶体厚金属栅阵中传播特性的理论方法。将有限元和声表面波在周期栅阵中的变分原理分析方法相结合,在陈东培和H.A.Haus理论基础上、用有限元分析金属短路栅对声表面波传输特性的影响,将力学负载贡献的耦合模参数用有限元矩阵表示,使其适用于声表面波在厚金属或任意形状栅条中传输情况,给出了具体理论分析方法和相应的理论表达式。最后,具体研究了几种压电晶体上金、铝或银栅阵中声表面波的传输特性,通过数值计算给出了声表面波的耦合模参数。      

Anisotropic light diffraction in crystals with a large acoustic-energy walk-off

The influence of energy walk-off in an acoustic beam on the characteristic of anisotropic Bragg diffraction of light has been investigated by the example of paratellurite crystal. The angular and frequency characteristics of acousto-optic diffraction have been calculated in wide ranges of ultrasound frequencies and Bragg angles using the modified Raman-Nath equations. It is shown that the walk-off of an acoustic beam may change (either widen or narrow) significantly the frequency and angular ranges. The calculation results have been experimentally checked on an acousto-optic cell made of 10.5°-cut paratellurite crystal.     

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.     

Anisotropic acoustooptic modulator of nonpolarized light based on diffraction by a slow acoustic wave in a paratellurite crystal

The problem of anisotropic Bragg diffraction of nonpolarized light by a slow acoustic wave in a TeO₂ crystal is solved. Two independent acoustic waves are excited in the crystal. Nonpolarized light splits in the crystal into two orthogonally polarized eigenmodes, either diffracting by its associated acoustic beam. Conditions under which the angles of incidence and diffraction are the same for both diffraction processes are found. Depending on the acoustic frequency, the diffracted light at the exit from the crystal may be represented either by a single nonpolarized beam or by two orthogonally polarized beams with different directions and orthogonal polarizations. This may provide a high diffraction efficiency (up to 100%) for nonpolarized light in a TeO₂ crystal. Theoretical calculations are supported by experiments. Modulators capable of controlling a high-power laser operating at a wavelength of 1.06 μm are fabricated.     

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.     

Origin of diffuse scattering appearing in iron-doped Ti-Ni shape memory alloys

Light diffraction in acoustic fields created by wedge-shaped and parabolic piezoelectric transducers is theoretically investigated. It is shown that the acoustic fields have a complicated amplitude-phase structure changing with the acoustic frequency. Principal characteristics of acousto-optic interaction are examined. It is demonstrated that the diffraction efficiency in the Bragg regime can approach 100% in spite of a noticeable phase mismatch.     

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。     

光栅周期包含的Bragg层数对Bragg型凹面衍射光栅的影响

单个衍射光栅周期所包含的Bragg周期层数是连续Bragg齿型凹面衍射光栅的主要参数之一,该参数可改变光栅齿结构,对凹面衍射光栅的分辨力.自由光谱范围及衍射效率有重要影响.本文通过理论分析与仿真模拟,对比了4种不同层数的Bragg型凹面衍射光栅的特性参数.研究结果表明:在衍射光栅尺寸不变的情况下,改变单个光栅周期包含的Bragg周期层数不会显著提高器件主衍射级次的分辨力;单个光栅周期包含的Bragg周期层数与光栅可衍射的级次数成正相关.单周期层数的Bragg凹面衍射光栅的主衍射级次效率最高,其可衍射的级次数最少,且其他衍射级次分散的能量最少;增加单个光栅周期所包含的Bragg周期层数会降低主衍射级次的自由光谱范围.该研究对于设计低插损、高分辨率、宽工作波段的波分复用器或光栅光谱仪具有重要的指导意义.     

记录结构对体光栅各向异性衍射选择特性研究

以静态体光栅各向异性衍射理论分析模型为基础,将与体光栅厚度有关的记录光强调制度引入到各向异性耦合波方程中.利用耦合波理论分析了光折变晶体中体光栅的各向异性衍射性能,研究了在不同初始记录光强比的条件下,记录光入射角的改变对光折变体光栅各向异性布喇格衍射性能的影响.结果表明：记录光入射角和记录光初始光强比均对体光栅的各向异性衍射具有选择性;与此相比,记录光入射角和记录光初始光强比对于体光栅各向同性衍射不具备选择性.