体波声电光效应的研究

论文摘要

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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 声光技术的发展历程及应用
• 1.1.1 声光技术在信号处理中的应用
• 1.1.2 声光技术在光计算领域的应用
• 1.1.3 声光技术在其他领域的应用
• 1.2 电光技术的发展历程及应用
• 1.2.1 电光调制在光通信中的应用
• 1.2.2 电光调制在激光调Q 中的应用
• 1.2.3 电光调制在激光测距中的应用
• 1.3 声电光技术的发展历程及应用
• 1.4 论文的具体研究工作
• 1.4.1 耦合波方程和衍射效率计算公式的理论计算
• 1.4.2 确定最佳晶体及最佳工作模式
• 1.4.3 反常声光互作用几何关系
• 1.4.4 确定最佳晶体镀膜结构
• 1.4.5 声电光器件的设计
• 1.4.6 声电光器件的测试
• 1.4.7 超声跟踪声光器件的优化设计
• 第2章 声电光器件的工作原理
• 2.1 声光效应
• 2.2 声光衍射的分类
• 2.2.1 根据衍射光的偏振态
• 2.2.2 根据声光互作用长度
• 2.2.3 根据声光器件的用途
• 2.3 电光效应
• 2.4 声电光器件的工作原理
• 2.4.1 声电光器件分类
• 2.4.2 一维声电光器件工作原理
• 2.4.3 多维声电光器件工作原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 声电光效应的耦合波方程理论
• 3.1 声光互作用耦合波方程
• 3.2 一维声电光互作用耦合波方程
• 3.3 多维声电光互作用耦合波方程
• 3.4 本章小结
• 第4章 声电光器件的工作模式选择
• 4.1 一维声电光器件晶体选择及最佳工作模式的确定
• 4.1.1 电光工作模式的选择
• 4.1.2 声光工作模式的选择
• 4.2 二维声电光器件晶体选择及最佳工作模式的确定
• 4.2.1 电光工作模式的确定
• 4.2.2 声光工作模式的确定
• 4.3 本章小结
• 第5章 反常声光互作用几何关系
• 5.1 铌酸锂晶体的反常声光互作用几何关系
• 5.1.1 XOZ 平面内克里斯托夫方程的求解
• 5.1.2 YOZ 平面内克里斯托夫方程的求解
• 5.1.3 入射角及衍射角随离轴角的变化曲线
• 5.1.4 超声波极值频率随离轴角的变化曲线
• 5.1.5 声光优值随离轴角的变化曲线
• 5.1.6 XOZ 平面内声光优值变化曲线
• 5.1.7 YOZ 平面内声光优值变化曲线
• 5.2 KDP 晶体的反常声光互作用几何关系
• 5.2.1 求解克里斯托夫方程
• 5.2.2 极值频率和声光优值随离轴角变化曲线
• 5.3 本章小结
• 第6章 镀膜结构
• 6.1 计算原理
• 6.1.1 镀层结构和参数
• 6.1.2 镀层传递矩阵
• 6.1.3 换能器损耗
• 6.2 铌酸锂一维声电光器件镀层结构
• 6.3 KDP 二维声电光器件镀层结构
• 6.4 本章小结
• 第7章 声电光器件的设计
• 7.1 压电换能器尺寸
• 7.1.1 换能器长度
• 7.1.2 换能器厚度
• 7.1.3 换能器宽度
• 7.2 LN 一维反常声电光器件设计参数
• 7.3 KDP 二维反常声电光器件设计参数
• 7.4 本章小结
• 第8章 声电光器件的实验测量
• 8.1 一维铌酸锂声电光器件的实验测量
• 8.1.1 铌酸锂一维声电光调制器的实验测量
• 8.1.2 铌酸锂一维声电光偏转器的实验测试
• 8.2 KDP 二维声电光器件的实验测试
• 8.3 本章小结
• 第9章 超声跟踪声光器件的优化设计
• 9.1 超声跟踪正常声光器件的优化设计
• 9.1.1 超声跟踪正常声光器件设计原理和主要参数
• 9.1.2 参数优化结果
• 9.1.3 计算结果分析
• 9.2 超声跟踪铌酸锂反常声光器件的优化设计
• 9.2.1 超声跟踪工作原理
• 9.2.2 超声跟踪方法的确定
• 9.2.3 优化设计结果
• 9.2.4 结果分析
• 9.3 本章小结
• 结论
• 1. 论文中主要工作及所得到的结论
• 2. 论文中的主要创新点
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 附录
• 致谢