体波声电光效应的研究

【摘要】： 本文中对体波声电光效应理论和实验进行了系统地研究,研究范围从一维声电光效应到多维声电光效应。论文主要研究内容包括:一维和多维声电光效应的耦合波方程及其衍射效率计算公式的建立、一维和多维声电光器件最佳工作模式的选择、声电光晶体反常声光互作用几何关系的计算、LN一维反常声电光器件和KDP二维反常声电光器件的设计制作以及实验测试、正常与反常超声跟踪声光偏转器的优化设计。 根据晶体中光场所遵循的麦克斯韦方程组,以及声场与光场间的参量互作用基本方程出发,在声光耦合波方程的基础上,系统地建立了声电光效应的耦合波方程理论。通过对声光互作用耦合波方程中的动量失配进行修正,分别得到了一维反常声电光布拉格衍射的耦合波方程以及多维声电光效应耦合波方程的表达式,并进一步得到了相应的衍射效率的计算公式。 确定了铌酸锂一维反常声电光器件及KDP二维正常与反常声电光器件的最佳工作模式。选择电光工作模式时,以所选取的电光工作模式的两个本征模之差不含有自然双折射量为最佳模式;选择声光工作模式时,以声光优值尽可能大为原则,以便提高器件的衍射效率。经过计算,一维铌酸锂反常声电光器件的最优化工作模式为:光沿着z轴方向,直流电场沿Y方向,超声波为沿着x轴方向的快切变波模式。二维KDP声电光器件最优化工作模式为:光和电场方向沿z轴方向,声波采用XOY平面内两个相互垂直的慢波,其中正常器件为纵波、反常器件为切变波。 利用相切-匹配条件法研究了铌酸锂晶体及KDP晶体的反常声光互作用几何关系,系统地得到了以离轴角为自变量的各参数的计算公式及相应的关系曲线,通过数值分析方法给出了声光优值随中心频率的变化曲线并给出了器件的设计参数。 设计制作了LN一维反常声电光器件、KDP二维反常声电光器件。设计工作包括利用传输线的玛森等效电路理论确定这两个器件的压电换能器最佳镀膜结