23 光波在声光晶体中的传播
光波在电光晶体中的传播
(1) 晶体的介电常数与折射率
D 和 E之间可通过介电张量联系起来，即：
D [ ij ]E
矩阵形式：
（下标1,2,3表示xyz）
D1 11 12 13 E1
D2 21 22 23 E2
D3
31
32
33
E3
§2.2光波在电光晶体中的传播
1) /4波片：
z
y
-x
线偏 1/4波片 正椭圆(圆)
00, 900
=450
= /2
§2.2光波在电光晶体中的传播
z(光轴)
-x
0
3 4
2
4
4
2
3 4
2) /2波片：
z
y
-x
线偏 1/2波片 线偏
(一三象限)
(二四象限)
=
§2.2光波在电光晶体中的传播
x x’
z
L
y
2L (no
1 2
n3 o
r63
E
z
)
y’
(k//E//z)
~ V
这两个分量光波穿过晶体后将产生一个相位差：
y'
x'
2
(ny'
nx')L
2
n03 63Ez L
2
n03 63V
(2 29)
相位差正比于z方向电压V=EzL。
§2.2光波在电光晶体中的传播
y'
x'
§2.2光波在第电二光晶章体中光的辐传射播 的传播
本章内容：§2.1光波在大气中的传播 §2.2光波在电光晶体中的传播 §2.3光波在声光晶体中的传播 §2.4光波在磁光介质中的传播 §2.5光纤波导中的传播* §2.6光波在非线性介质中的传播 §2.7光波在水中的传播
2_3 光波在声光晶体中的传播
声波
x 声波阵面
y
超声波），声光互作用长度小
s
入射光
L
L0
ns2 4
光 波 阵
面
静止的“平面相位光栅”
衍射光
sin m
m ks ki
m s
L
拉曼-纳斯衍射图
衍射特征： 各级衍射光对称地分布在零级衍射光两侧， 且同级次衍射光的强度相等.
2.3 光波在声光晶体中的传播
第2章 光辐射的传播
2. 布喇格（Bragg）衍射
对光波而言，运动的“声
s
光栅”可视为静止。
n n n0
2.3 光波在声光晶体中的传播
第2章 光辐射的传播
声波在介质中的传播分为行波和 驻波两种形式。 设声波的角频率为s，波矢为 k s ，则沿x方向传播的声
波方程为 a(x,t) Asin(st ks x)
可近似认为，介质折射率的变化正比于介质质点沿x方向位
第2章 光辐射的传播
衍射光场强度各项取极大值的条件为
x ks
cos-1l
ki sin mks 0 (m 整数 0) +q/2 ki
-q/2
y
各级衍射的方位角为
d=xl -L/2 +L/2
sin m
m ks ki
m
s
(m 0, 1, 2, )
各级衍射光的强度为
Im
J
2 m
(v),
v
(n)ki L
—介质密度；vs—声速；S —应变幅值
超声强度：
Is
Ps HL
n 1 n3P 2
2Is
vs3
衍射效率
s
I1 Ii
sin 2
L
近代物理实验七 声光效应
实验七 声光效应声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。
60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。
声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。
利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。
SO2000声光效应实验仪采用了中心频率高达100MHz 的声光器件、100MHz 的功率信号源和分辨率达11μm 的CCD 光强分布测量仪，因此物理现象特别显著，仪器体积小巧，测量结果精确，适合各校实验室用于普通物理、近代物理和演示实验。
一、 硬件组成一套完整的SO2000声光效应实验仪配有：已安装在转角平台上的100MHz 声光器件、半导体激光器、100MHz 功率信号源、LM601 CCD 光强分布测量仪及光具座。
每个器件都带有ø10的立杆，可以安插在通用光具座上。
在终端，如果用示波器进行实验，则构成了示波器型SO2000；如果用计算机进行实验，则构成了微机型SO2000（微机型SO2000还需配备USB100数据采集盒及工作软件）。
1． 声光器件(声速V = 3632m/s,介质折射率n = 2.386)声光器件的结构示意图如图1所示。
它由声光介质、压电换能器和吸声材料组成。
本实验采用的声光器件中的声光介质为钼酸铅，吸声材料的作用是吸收通过介质传播到端面的超声波以建立超声行波。
将介质的端面磨成斜面或成牛角状，也可达到吸声的作用。
压电换能器又称超声发生器，由妮酸锂晶体或其它压电材料制成。
它的作用是将电功率换成声功率，并在声光介质中建立起超声场。
压电换能器既是一个机械振动系统，又是一个与功率信号源相联系的电振动系统，或者说是功率信号源的负载。
(完整版)光电子技术题目与答案
6)光电二极管是指以光导模式工作的结型光伏探测器常见的光电二极管有Si光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管等类型（写出两种）。
7)光热探测器由热敏元件、热链回路、大热容量的散热器三部分构成，常见的光热探测器有热敏电阻、热释电探测器（写出两种）。
缺点：显示视角小 响应速度慢 非主动发光
7)比较TN－LCD和STN－LCD的特点。
答：TN-LCD利用扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90度，电光特性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在采用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力。
STN-LCD的扭曲角在180-240度范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下，利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。
3)等离子体是以电子、离子及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质形态，是固、液、气外，物质的第4态。
4)试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。
答：注入：利用少数载流子流入PN结直接将电能转换为光能
高场：将发光材料粉末与介质的混合体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间，外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光。
4)光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的宽带或传输容量，多模光纤的色散主要有模色散、材料色散、波导色散
1)光束调制按其调制的性质可分为调幅，调频，调相，强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化、编码。
2)光束扫描根据其应用的目的来可以分为模拟扫描、数字扫描两种；前者主要应用各种显示，后者主要应用于光存储。
2)磁光效应是指外加磁场作用所引起的材料光学各项异性，法拉第磁光效应的规律（1）对于给定的介质，光振动面的旋转角与样品的长度和外加的磁感应强度成正比（2）光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右方向互换。
光电子技术复习
光电⼦技术复习第⼀章1、光电⼦技术的定义光电⼦技术是光学技术与电⼦技术结合的产物，是电⼦技术在光频波段的延续和发展。
是研究光（特别是相⼲光）的产⽣、传输、控制和探测的科学技术。
2、电磁波的性质1.电磁波的电场和磁场都垂直于博得传播⽅向，三者相互垂直，电磁波是横波，和传播⽅向构成右⼿螺旋关系。
2.沿给定⽅向传播的电磁波，电场和磁场分别在各⾃平⾯内振动，称为偏振。
3.空间个点磁场电场都做周期性变化，相位同时达到最⼤或最⼩。
4.任意时刻，在空间任意⼀点，H E µε=5.电磁波真空中传播速度为001µε=c ，介质中的为εµ1=v3、⾊温的概念规定两波长处具有与热辐射光源的辐射⽐率相同的⿊体的温度。
4、辐射度学与光度学的基本物理量作业：1、2第⼆章⼀、光波在⼤⽓中的传播1、光波在⼤⽓中传播时，引起的光束能量衰减和光波的振幅和相位起伏因素光波在⼤⽓中传播时，⼤⽓⽓体分⼦及⽓溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空⽓折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏2、⼤⽓分⼦散射的定义、特点；瑞利散射的定义和特点定义：当光线穿过地球周围的⼤⽓时，它的⼀些能量向四⾯⼋⽅反射。
特点：波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。
瑞利散射定义：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远⼤于分⼦的线度，这⼀条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射特点：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
所以天空呈蓝⾊。
3、⼤⽓⽓溶胶的定义、瑞利散射、⽶-德拜散射；⼤⽓⽓溶胶：⼤⽓中有⼤量的粒度在0.03 µm到2000 µm之间的固态和液态微粒，它们⼤致是尘埃、烟粒、微⽔滴、盐粒以及有机微⽣物等。
由这些微粒在⼤⽓中的悬浮呈胶溶状态，所以通常⼜称为⼤⽓⽓溶胶。
瑞利散射：散射粒⼦的尺⼨远⼩于光波长时，散射光强。
⽶德拜散射：散射粒⼦的尺⼨⼤于等于光波长时，散射光强对波长的依赖性不强。
⼆、光波在电光晶体中的传播1、电光效应的定义及分类电光效应：在外电场作⽤下，晶体的折射率发⽣变化的现象。
光电子技术复习资料-2011(1)
一、填空1.由黑体辐射的普朗克定律，随着温度T的升高，黑体的单色辐射出射度极大值所在位置λm移向___________(长波、短波)方向。
3.若原子在高能级E2到低能级的自发跃迁几率为A21，则原子在高能级E2的平均寿命为____。
4.热辐射的基尔霍夫辐射定律指出，在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的__________与___________之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。
固体摄像器件主要有三大类：电荷耦合器件（CCD)，互补金属氧化物半导体图像传感器（CMOS），电荷注入器件（CID），电荷耦合器件（CCD）与其他器件相比，最突出的特点是以电荷为信号。
CCD的工作过程就是电荷的________、________、________和________的过程。
构成CCD 的基本单元是________，它能够存储电荷。
CCD器件的积分时间越长，它的灵敏度越______(高、低)。
CCD的噪声可归纳为3类：________、________、________。
5.光束调制按其调制的性质可分为、、、。
要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：、、。
6.光电二极管工作时，负载电阻上的光电流与、、、有关。
7.激光器的基本结构包含、、三部分，产生激光的两个必要条件是：(1) ________________________________;（2）___________________________________________。
常见的激光器有：、、、。
8.声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为两种类型。
9.根据调制器与激光器的关系，光束的调制方法可以分为内调制和外调制两种。
内调制是指。
10.在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片的轴向取向为时最好。
11.若光电探测器的电流灵敏度R i=100μA/μW，噪声电流i n=0.01μA，则噪声等效功率NEP=_______________________。
了解声波和光波的速度和传播介质
频率
决定声音的音调，频率越 高，音调越高。
声波定义
声波是物体振动产生的机 械波，通过介质（如空气 、水或固体）传播。
传播速度
与介质的密度和弹性有关 ，一般在空气中约为 340m/s。
光波定义及特性
光波定义
光波是电磁波的一种，由电场和磁场交替 变化产生。
波长
光波在真空中的波长与频率成反比域
声学技术应用领域
医学诊断和治疗
超声波在医学中广泛应用 ，如B超、彩超等成像技术 ，以及声波碎石、声波治 疗等非侵入性治疗手段。
工业无损检测
利用声波在材料中的传播 特性，检测材料内部缺陷 、裂纹等，保证产品质量
和安全。
水下通信和探测
由于水对声波的传导性较 好，声波在水下通信、水 下目标探测等领域有重要
应用。
光学技术应用领域
通信
01
光纤通信利用光波在光纤中传播的特性，实现高速、大容量的
数据传输，是现代通信网络的重要组成部分。
显示技术
02
液晶显示、OLED显示等现代显示技术，利用光波的调制和控制
实现图像和文字的显示。
精密测量
03
光学干涉、光学衍射等原理在精密测量领域有广泛应用，如激
光测距、光学表面形貌测量等。
未来可能会出现更加智能化的声波和光波控制技 术。例如，通过机器学习等人工智能技术，可以 实现对声波和光波的精确控制和优化，提高相关 应用的性能和效率。
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偏振
光波是一种横波，其振动方向垂直于传播方向。当光波通过 某些物质或经过反射、折射等过程时，其振动方向可能会发 生改变，这种现象称为偏振。偏振现象在光学、光通信等领 域有重要应用。
多普勒效应
光学工程 光波在声光晶体中的传播
2.4 光波在声光晶体中的传播声波在介质中传播时，使介质产生弹性形变，引起介质的密度呈疏密相间的交替分布，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。
这如同一个光学“相位光栅”，光栅常数等于声波长λs 。
当光波通过此介质时，会产生光的衍射。
衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。
1. 相位栅类型超声行波的瞬时相位栅如图1所示。
由于声速仅为光速的数十万分之一，所以对光波来说，运动的“声光栅”可以看作是静止的。
设声波的角频率为ωs ，波矢为s k，则沿x 方向介质的折射率变化为)cos(),(x k t n t x n s s -∆=∆ω (2.4-1)介质折射率分布为)cos(21)cos(),(3000x k t PS n n x k t n n t x n s s s s --=-∆+=ωω (2.4-2) S 为超声波引起介质产生的应变；P 为材料的弹光系数。
超声驻波形成的折射率变化为x k t n t x n s s sin sin 2),(ω∆=∆ (2.4-3)若超声频率为f s ，那么光栅出现和消失的次数则为2f s ，因而光波通过该介质后所得到的调制光的调制频率将为声频率的两倍。
图1 超声行波在介质中的传播 图2 超声驻波2. 声光衍射按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
(1)拉曼-纳斯衍射产生拉曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L 较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。
当光波平行通过介质时，几乎不通过声波面，因此只受到相位调制。
即通过光密部分的光波波阵面将延迟，而通过光疏部分的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凸凹现象，变成一个折皱曲面，如图3所示。
由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，这就是拉曼-纳斯衍射的特点。