超声光栅实验中声致折射率变化的研究

为了研究声光效应中声致折射率变化情况,以超声光栅实验为基础,用CCD结合光强分析软件,分析了衍射光的强度分布;通过数值计算衍射光相对强度,比较得到了在超声场频率为10.27 MHz时,介质中的声光相位延迟Δ=1.2855 rad,声致折射率变化量Δn=3.014×10-6;进而讨论了电声换能器的机电耦合效率与超声频率的关系,给出当超声频率为10.33 MHz时,耦合效率最高,介质中折射率变化量最大;结果表明,在超声光栅实验中,引入这些测量内容,不仅能丰富实验内容,更能加深学生理解声光效应,扩展学生的知识面.     

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     

基于超声光栅衍射的液体密度测试

采用超声波与光栅衍射的联合实现液体密度的测量.超声波发生器在周期性高频正弦电信号的激励下产生超声波,此超声波在样品池液体中传输可以产生周期性排布的疏密纵波,进而使液体的折射率呈现周期性排列,当激光束垂直入射此液体时,会产生类似光栅的作用.通过CCD采集分析经过样品池后单色出射光线的衍射图样,得出液体的密度.     

利用声光效应实现信息传输及再读取

利用声光效应通过调制激光传输声音信号,使用调幅电路将声音的电信号加载在高频信号上,信号驱动超声波换能器振动,超声波作用在激光入射的声光介质中产生声光效应使激光产生相应的衍射,衍射光斑光强随声音信号同步变化,光电探测器通过探测衍射光强产生相应电压,对输出电压信号的处理后就可以还原声音信号.     

第四篇 光的基本知识──第十六章 几何光学

第四篇光的基本知识──第十六章几何光学练习一光的传播速度光的反射和折射一、判断题１．入射角跟折射角之比，叫做媒质的折射率。（）２．入射角一定大于折射角。（）３．人在岸边看到水中的鱼，其实是变浅了的鱼的虚像。（）４．光由煤质Ⅰ射入媒质Ⅱ，若折射角大于入...     

基于Bragg光纤光栅传感器的监测系统设计

设计了基于Bragg光纤光栅传感技术的监测系统,当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其他物理量发生变化时,光栅的周期或纤芯折射率将发生变化,从而使反射光的波长发生变化,通过测量反射光中心波长的变化,就可以获得待测物理量的变化情况.该系统利用薄膜滤波器完成对外界的分布式测量,采用光强度检测,能够实现无缝监测.     

涂有半导体气敏薄膜的长周期光纤光栅气敏传感特性理论分析

首先利用耦合模理论研究了长周期光纤光栅LPFG折射率敏感特性,数值计算了长周期光纤光栅透射谱谐振波长与环境介质折射率的关系。其次分析了半导体氧化物气敏膜光学特性机理,当气体与薄膜接触时,气体会使敏感膜的消光系数、吸收系数和相应的折射率发生变化。基于上述两点,提出可将气敏膜涂于光栅表面,利用气敏膜的折射率随环境气体成分和浓度变化而变化的特性,从而影响LPFG透射谱谐振波长的变化,通过检测波长的变化达到探测气体成分和浓度的目的。由于长周期光纤光栅对环境介质折射率的灵敏度高于光纤,且其传感信号属于波长调制,测量信号不受光强波动及光纤损耗的影响,因此其灵敏度比强度型光纤气体传感器高。     

独立空间孤子对研究新进展

本刊讯 空间光孤子产生的非线性机制有多种，归纳起来大致可分为两类：一类是自相位调制自聚焦机制，这种情况下一束光入射到非线性介质中，材料的折射率会发生变化，在材料中形成类似透镜的效应，即光束中心处折射率比光束边缘处的折射率大，这种折射率分布就在材料中形成折射率梯度变化的波导，当引起该波导的光束正好也是该波导的一种传导模式时，光束就可以在材料中稳定传输形成哈密顿孤子；     

线偏振器对偏振法折射率测量的影响

在一阶近似下，本文着重分析了偏振法折射率测量中线偏振器漏光误差和转角误差的影响，并导出了有关公式。数据计算表明，当线偏振器位于反射光路中时，转角误差影响最大，若转角误差小于５′时，由此产生的折射率误差约为５．５×１０（－７），此时漏光误差不影响折射率测量精度。当线偏振器位于人射光路中时，若利用中高精度线偏振器（消光比１０（－５）），则由此产生的折射率测量误差约为２．３×１０（－７）。相对该方法的随机误差１０（－５），无论线偏振器位于反射光路或入射光路中，由它产生的折射率测量误差均可忽略不计。     

一维超声光子晶体禁带结构分析

超声波在介质中传播时可以引起介质的折射率发生周期变化,当光波垂直于超声波的传播方向时,这种介质可以被用来作为光栅使用,称为超声光栅。当光波沿超声波的传播方向通过这种介质时,它还可以用作一维光子晶体,并称其为一维超声光子晶体(1D-USPC)。利用平面波法证明了一维超声光子晶体具有一般一维周期层叠结构光子晶体的禁带特征。同时这种光子禁带是可以通过超声波的波长和振幅来改变的,这就为控制光的行为方面提供另一种新的方法。     

断裂与力致发光

压电晶体的结构通常缺乏对称性，它们在受压时，其中的正负电荷将会分离．当压力足够大时，晶体将会断裂，这时正负电荷会通过断裂裂口在空气中重新复合并产生出微弱的电火花．最近美国Illinois大学的K．Susliek教授和他的同事N．Ed-dingaas教授共同研究了这个问题，他们发现可以将这个过程增强和放大．他们把晶体的灰浆沉浸在充满氮气的石腊中，然后对其进行超声波照射．在这个过程中，由于成百万的微型气泡能连续不断地形成并发生内爆，从而形成了一种“声空穴化（acoustic cavitation）”现象，由它所产生出的冲击波趋动着单个晶体逐渐地相聚，这有点类似于用重锤击打晶体并对它们进行轰击一样．     

基于闪耀光纤光栅的折射率传感技术实验研究

提出了一种基于闪耀光纤光栅传感技术的折射率测量新方法,即采用SLED作为光源,通过检测闪耀光纤光栅透射谱强度实现折射率的测量.实验证明,当环境折射率在1.372 3~1.453 2之间变化时,闪耀光纤光栅透射功率从0.611~0.472 mW线性下降,其灵敏度达到1.718 μW/（0.001折射率变化）.该检测方法具有结构简单、无需波长检测、灵敏度高、易于工程化等优点.     

无标记导模共振布儒斯特传感器检测灵敏度研究

基于严格的耦合波分析方法(RCWA)和等效媒质理论(EMT)研究了布儒斯特角入射时TM偏振光的导模共振特性以及不同结构参数对无标记光学检测灵敏度的影响。分析了三种不同膜层结构对检测灵敏度的影响,通过RCWA计算发现单层光栅在实验入射媒质范围内,折射率每改变0.1,共振角度位置平均变化5.1°,双层膜和三层膜光栅结构对应的共振角度位置平均变化3.6°和4.2°,均表现出了较高的检测灵敏度。在单层光栅结构中,随着光栅调制率由0.4525减弱至0.1441,折射率每改变0.1,角度变化率分别为4.48°和4.95°,检测灵敏度增加。     

空气中尘土的浓度测量及其应用

当一定频率的光照到特定的金属表面时，金属会产生光电子并产生光电流，其光电流的大小与光强成正比，而光强与发射光的光强和光在传播过程中的煤质有关。当射光强一定时，其光电流大小与媒质有关。当光线穿过一定浓度尘土的空气时，其光电流大小与媒质浓度成反比，根据这一原理，我们可以通过测量光电流的大小来测量尘土的浓度。     

侧边抛磨区材料折射率对光纤光栅波长的影响

针对轮式光纤侧边抛磨法,研究了在侧边抛磨光纤光栅抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长随外界折射率的改变而变化的特性.理论计算与实验结果都表明,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长会随抛磨区覆盖材料折射率的增大向长波长方向偏移;侧边抛磨面离光栅区纤芯表面越近,覆盖材料折射率对波长偏移的影响越大.实验指出,当侧边抛磨区覆盖材料的折射率从1.389 7变到1.447 9时,Bragg波长将会发生1.402 nm的偏移.用轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤光栅可应用于光纤光栅的波长调谐或传感器.     

镀高折射率纳米膜的长周期光纤光栅特性研究

针对镀高折射率纳米膜的长周期光栅,建立了传感理论模型,研究了长周期光栅的谐振波长与纳米膜厚度及外界折射率的关系,给出不同纳米膜厚度下长周期光栅不同包层模式重组特性.研究发现,当长周期光栅外面镀上一层沿角向均匀分布的纳米膜时,随着膜厚变化会出现包层模分布的明显调制;适当选择镀膜参数和外界介质折射率,最低次包层模式HE1,2会成为镀膜层中的导模,其他的包层模式将会发生模式转换现象;对于较低次包层模式(如HE1.6),在模式转换的时候存在两步转换,而高次的包层模只有一步转换(如HE1.14).同时给出了包层模式转换对外界折射率响应的关系:当膜层厚度增加时,长周期光栅模式转换现象移至低折射率区域.     

波长检测技术在温度测量中的应用

提出一种波长检测技术实现温度测量的方法,利用FBG传感器对温度等物理量实施监测,具有测试精度高,应用场合不受限制等特点,当环境参数发生变化时,光纤光栅的有效折射率和光栅周期会受到影响,将引起光纤光栅峰值波长的偏移,依据反射光谱结构的变化,可知道其温度的变化趋势。实验测试结果表明,在温度变化0.1°,波长变化1pm,温度和波长具有良好的线性关系。     

负折射率媒质雷达散射特性分析

 从负折射率媒质的本构关系出发,应用分段线性递推卷积(PLRC)方法推导出负折射率媒质中的时域有限差分（FDTD）计算公式,建立了基于分段线性递推卷积的FDTD方法(PLRC-FDTD)。并应用该方法计算了负折射率媒质覆盖导体柱的雷达散射截面,分析了负折射率媒质参数对其雷达散射截面的影响。结果表明,恰当地选择负折射率媒质参数能有效减小目标的雷达散射截面。     

第十七章 光的本性

第十七章光的本性练习一光的波动性光的色散电磁波谱一．判断题１．光是横波，光具有波动、粒子二象性。（）２．任何一种单色光在不同媒质中传播时，其频率相同，折射率不同。（）３．无线电波的干涉、衍射现象比可见光的干涉、衍射现象更容易被观察到。（）４．水面上薄...     

纤芯失配型光纤传感器折射率敏感特性

根据菲涅耳公式和功率反射系数关系式,分析纤芯失配型光纤传感器折射率传感原理;采用单模/多模光纤制作传感器,研究传感器输出光功率随甘油溶液折射率变化特征,并验证理论计算结果.表明媒质折射率n2=1.300～1.441时,传感器输出光功率强且几乎不发生变化;nz=1.441～1.452时,传感器输出光功率呈线性快速下降,其斜率为-155.91;当媒质折射率与单模光纤包层折射率接近时,传感器输出光功率几乎为0.验证实验发现,传感器线性快速下降的折射率范围为1.442～1.454,斜率为-49.67,其输出光功率随甘油溶液折射率变化规律与数值模拟结果基本一致.该传感器具有结构简单、成本低、传感系统全光纤化等特点,能用于有毒有害、易燃易爆等特殊环境下物质折射率的高精度测量.