體波聲電光效應(yīng)的研究.pdf

1、本文中對(duì)體波聲電光效應(yīng)理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，研究范圍從一維聲電光效應(yīng)到多維聲電光效應(yīng)。論文主要研究?jī)?nèi)容包括：一維和多維聲電光效應(yīng)的耦合波方程及其衍射效率計(jì)算公式的建立、一維和多維聲電光器件最佳工作模式的選擇、聲電光晶體反常聲光互作用幾何關(guān)系的計(jì)算、LN一維反常聲電光器件和KDP二維反常聲電光器件的設(shè)計(jì)制作以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試、正常與反常超聲跟蹤聲光偏轉(zhuǎn)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 根據(jù)晶體中光場(chǎng)所遵循的麥克斯韋方程組，以及聲場(chǎng)與光場(chǎng)間的參量互作

2、用基本方程出發(fā)，在聲光耦合波方程的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地建立了聲電光效應(yīng)的耦合波方程理論。通過對(duì)聲光互作用耦合波方程中的動(dòng)量失配進(jìn)行修正，分別得到了一維反常聲電光布拉格衍射的耦合波方程以及多維聲電光效應(yīng)耦合波方程的表達(dá)式，并進(jìn)一步得到了相應(yīng)的衍射效率的計(jì)算公式。 確定了鈮酸鋰一維反常聲電光器件及KDP二維正常與反常聲電光器件的最佳工作模式。選擇電光工作模式時(shí)，以所選取的電光工作模式的兩個(gè)本征模之差不含有自然雙折射量為最佳模式；選擇聲光工

3、作模式時(shí)，以聲光優(yōu)值盡可能大為原則，以便提高器件的衍射效率。經(jīng)過計(jì)算，一維鈮酸鋰反常聲電光器件的最優(yōu)化工作模式為：光沿著z軸方向，直流電場(chǎng)沿Y方向，超聲波為沿著x軸方向的快切變波模式。二維KDP聲電光器件最優(yōu)化工作模式為：光和電場(chǎng)方向沿z軸方向，聲波采用XOY平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直的慢波，其中正常器件為縱波、反常器件為切變波。 利用相切-匹配條件法研究了鈮酸鋰晶體及KDP晶體的反常聲光互作用幾何關(guān)系，系統(tǒng)地得到了以離軸角為自變量的各

4、參數(shù)的計(jì)算公式及相應(yīng)的關(guān)系曲線，通過數(shù)值分析方法給出了聲光優(yōu)值隨中心頻率的變化曲線并給出了器件的設(shè)計(jì)參數(shù)。 設(shè)計(jì)制作了LN一維反常聲電光器件、KDP二維反常聲電光器件。設(shè)計(jì)工作包括利用傳輸線的瑪森等效電路理論確定這兩個(gè)器件的壓電換能器最佳鍍膜結(jié)構(gòu)，計(jì)算得到了各鍍層的厚度。確定這兩個(gè)器件換能晶片的長(zhǎng)度、寬度和厚度，以及聲電光晶體的長(zhǎng)度、寬度和厚度。 實(shí)驗(yàn)測(cè)量了LN一維反常聲電光器件的中心頻率、本征帶寬等器件參數(shù)、測(cè)試了LN

5、一維反常聲電光器件作為調(diào)制器時(shí)中心頻率隨外加電壓的變化率以及衍射效率隨外加電壓和電功率的變化曲線、測(cè)試了LN一維反常聲電光器件作為偏轉(zhuǎn)器在外加電壓下的衍射效率的頻率特性曲線，并得到了帶寬的擴(kuò)大倍數(shù)、測(cè)量了KDP二維聲電光器件衍射效率隨直流電壓變化的曲線，驗(yàn)證了多維聲電光效應(yīng)衍射效率計(jì)算公式的正確性。 利用超聲跟蹤技術(shù)對(duì)聲光偏轉(zhuǎn)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論研究。給出了一種全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并利用該方法對(duì)正常聲光偏轉(zhuǎn)器件和鈮酸鋰反常聲光