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聲光調(diào)制器的兩種衍射類型

發(fā)布時間:2022-03-07 11:46:28 瀏覽量:9772 作者:Richard

摘要

以介質(zhì)中的超聲頻率及聲光作用長度為分類依據(jù),聲光調(diào)制產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象可分為拉曼-奈斯(Raman-Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射兩種類型崎弃。

正文


光調(diào)制的兩種衍射類型

以介質(zhì)中的超聲頻率及聲光作用長度為分類依據(jù)塞弊,聲光調(diào)制產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象可分為拉曼-奈斯(Raman-Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射兩種類型。

1游沿,拉曼-奈斯衍射

當(dāng)超聲頻率低诀黍,光波的入射方向垂直于超聲場的傳播方向且聲光互作用的長度較短時眯勾,聲光介質(zhì)相當(dāng)于平面光柵吃环,當(dāng)有光波入射到介質(zhì)內(nèi)模叙,光的衍射規(guī)律遵循普通相位光柵的衍射定律鞋屈,就會產(chǎn)生拉曼-奈斯衍射。由于聲波長λs 比光波長λ大的多厂庇,當(dāng)光波平行通過介質(zhì)時替蛉,由于不受聲波波面的影響躲查,所以介質(zhì)折射率的變化只影響光波的相位译柏,即光波通過介質(zhì)折射率大的部分時,光波波陣面將延遲,通過介質(zhì)折射率小的部分時胯府,光波波陣面將超前骂因,由此導(dǎo)致光波波陣面產(chǎn)生了凹凸着撩,由原來的平面變?yōu)橐粋€折皺曲面震肮,同時改變了光的傳播方向,如下圖所示。在介質(zhì)另一側(cè)阴幌,光波波陣面上各子波源的相干作用使光波被分列成一組離散型的衍射光,上述過程即拉曼-納斯衍射矛双。



拉曼-奈斯衍射的結(jié)果是光波在遠(yuǎn)場分為若干級衍射光懒闷,各級衍射光對應(yīng)不同的衍射角和衍射強(qiáng)度愤估,它們以 0 級光為軸成對稱分布,且同級次衍射光的強(qiáng)度相等芍锚。



2,布拉格衍射

采用較高的聲波頻率,增大聲光互作用長度逃魄,并且使光束與聲波波面成一定角度入射,則光波通過介質(zhì)時會與多個聲波波面發(fā)生作用嗅钻,此時的聲光介質(zhì)產(chǎn)生的周期性結(jié)構(gòu)不僅僅是相位光柵,而具有了體相位光柵的性質(zhì)秃流。入射光既受相位擾動舶胀,又受振幅影響嚣伐,并逐漸從普通相位光柵的衍射向周期性立體結(jié)構(gòu)上的色散過渡。當(dāng)光波的入射角滿足一定條件時,各級衍射光在介質(zhì)內(nèi)相互干涉基茵,高級次衍射光互相抵消后只存在 0 級和+1級(或-1 級)衍射光的現(xiàn)象拱层,即為布拉格衍射根灯,如下圖所示。若參數(shù)選擇合理且超聲功率滿足條件纳猪,則可使布拉格衍射的衍射效率接近 100%兆旬,即入射光能量集中于+1 級(或-1級)衍射光,大大提高了能量利用率熏瞄。



要實現(xiàn)布拉格衍射谬以,光波的入射角必須滿足干涉加強(qiáng)的條件,該條件即布拉格方程邮丰。若衍射光之間的光程差為其波長的整倍數(shù)铭乾,即它們同相位,則滿足了相干增強(qiáng)的條件斗蒋,發(fā)生布拉格衍射捞蚂。



上式稱為布拉格方程跷究。根據(jù)該方程俊马,只有當(dāng)光束的入射角為布拉格角時,各衍射光在聲波面上才能達(dá)到同相位柱嫌,發(fā)生相干加強(qiáng)屯换,實現(xiàn)布拉格衍射彤悔。


3嘉抓,拉曼-奈斯衍射與布拉格衍射的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)

從外界條件分析,產(chǎn)生拉曼-奈斯衍射的超聲波頻率小,聲光互作用長度短疾牲,光波入射方向與聲波傳播方向垂直阳柔,在聲光介質(zhì)的另一端,對稱分布著多級衍射光舌剂。而產(chǎn)生布拉格衍射的超聲波頻率大荐绝,聲光互作用長度長,光波入射方向與聲波傳播方向的夾角要求為布

拉格角谴忧,在聲光介質(zhì)的另一端,只存在 0 級和+1 級(或-1 級)衍射光委造。

定量區(qū)分兩種衍射類型枫虏,可以引入?yún)?shù) Q



式中爬虱,λ為光波波長,λs 為聲波波長死讹,θi為光波入射角曲梗,L 為聲光互作用長度愧旦。當(dāng) Q≤1時定罢,此條件下聲光耦合波方程的解代表拉曼-奈斯衍射祖凫,當(dāng)Q≥1時蝙场,此時聲光耦合波方程的解代表布拉格衍射。在實際研究中發(fā)現(xiàn)台诗,對于布拉格衍射,只需滿足Q≥4π 即可弊知。對于拉曼-奈斯衍射粱快,只需滿足Q≤4π叔扼。由于Q 值與聲光互作用長度有關(guān)瓜富,為了應(yīng)用方便与柑,引入新變量L0 ,稱之為聲光互作用特征長度 


當(dāng)L≥2L0時,為布拉格衍射结蟋,當(dāng)L≤2L0 時渔彰,為拉曼-奈斯衍射胳岂。


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