基础笔记光电子技术

1、光电子技术复习第一章1. 电磁波的性质1) 电场和磁场垂直与方向，三者互相垂直，E、H 与右手螺旋系。2)对于沿给定方向的电磁波，E 和H 分别在各自平面内振动。这种性质称为偏振。3) E 和H 都做周期性变化，且相位相同（一般用 E 来表述电磁波的性质）。4) 任意时刻，在空间任意点，E 和 H 在数值上都满足𝜀𝐸 = 𝜇𝐻。5)电磁波在真空中速度为 c，在介质中速度由介电系数 和磁导率 决定（v = 1𝜀0𝜇0）。由于 和 与电磁波频率有关，故不同频率的电磁波速度不同，故产生色散现象。2.光辐射

2、光谱区的标尺通常采用波长，它和频率与波数的关系是v1 = = 3.对于光辐射的探测和度量，存在辐和广度两套体系。辐学适用于整个电磁波段，光度学只适用于可见光波段。为了区别，在对应的物理符号的下角标用“e”(Emission)表示辐物理量，用“v”(Visible)表示光度物理量。4.辐度量和光度量之间的对应关系5.辐物理量中，辐射能是基本量。辐射出、辐射强度和辐射亮度是辐射体而言；辐射照度是被辐射体而言。6.光度物理量中，发光强度是基本量，是(cd，SI 中七个基本被照物体而言。之一)。光出、发光强度和光亮度是发光体而言；照度是7.任何 0K 以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物

3、体中热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。、原子受到8. 任意一物体在向周围发射电磁波的同时，也吸收周围物体发射的辐射能。一部分能量被吸收，另一部分从表面反射（或者透射）。在波长 到+d 范围内的吸收比称为单色吸收比， 用(𝑇)表示；相应的反射比称为单色反射比，用(𝑇)表示。9. 对于不透明物体，单色吸收比和单色反射比满足：(𝑇) + (𝑇) = 1若物体在任何温度，对任何波长的辐射能吸收比都为 1，则称该物体为绝对黑体。辐射定律：在同样温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出与单色10.吸收比的比值都想等，并等于该温度下黑体对同

4、一波长的单色辐射出。即辐物理量光度量物理量物理量名称符号定义或定义式物理量名称符号定义或定义式辐射能QeJ光量QvQv = v𝑑𝑡lm·s辐射通量(功率)ee = 𝑑𝑄𝑒/𝑑𝑡W光通量(功率)vv = Iv𝑑lm辐射出MeMe = 𝑑e/𝑑𝑆W/m2光出MvMv = 𝑑v/𝑑𝑆lx=lm/m2辐射强度IeIe = de/𝑑W/sr发光强度IvIv

5、= 𝑑v/𝑑cd辐射亮度L𝑒L𝑒 = 𝑑Ie/(𝑑𝑆𝑐𝑜𝑠)W/(m2·sr)（光）亮度L𝑣L𝑣 = 𝑑Iv/(𝑑𝑆𝑐𝑜𝑠)cd/m2辐射照度EeEe = 𝑑e/𝑑𝐴W/m2（光）照度EvEv = 𝑑v/𝑑𝐴

6、;lxMe1(𝑇) = Me2(𝑇) = = M(𝑇)eb𝛼e1(𝑇)𝛼e2(𝑇)其中，Meb为黑体单色辐射出。可表述为：对任意物体，相同温度，同一波长，其单色辐射出 决定 M。为一，即由 T 和公式：黑体处于温度 T 时，在波长 处的单色辐射出由公式给出：11.2𝜋𝑐2()Meb𝑇=𝜆5 exp ( 𝑐 1)𝜆𝑘𝐵𝑇随波图 1-4 给出了不

7、同温度下黑体的单色辐射出长的变化曲线。可见：1)对任意温度，单色辐射出随波长连续变化，且只有一个峰值。对应不同温度的曲线不想交。因此温度能唯一确定单色辐射出射度的光谱分布和辐射出曲线下的面积）。2) 温度升高，单色辐出度的峰值增大。3) 温度升高，单色辐出度的峰值向短波方向移动。12. 短波区域的近似公式；长波区域的近似公式。位移定律13.m𝑇 = 2897.9 (𝜇𝑚 𝐾)只要知道了黑体温度，就能直接得到黑体最大辐射出14. 斯忒藩玻耳定律对应的峰值波长m。黑体辐射出为2𝜋𝑐24Meb(w

8、879;) = 𝑑𝜆 = 𝜎𝑇 𝑐 𝜆 exp (𝜆𝑘 𝑇) 150𝐵式中， = 5.670 × 108 𝐽/𝑚2 𝑠 𝐾4为斯忒藩玻尔只与黑体温度有关。15. 为了表示一个热辐射光源所发出光的性质，常用色温这个概念，。它表明黑体辐射出为 K。色温是指在规定两波长处具有与热辐射光源比率相同的黑体的温度。由于色温是按规定的两波长处的辐射比率决定的，所以色温相同的热辐

9、射光源的连续普可能不相似。至于非热辐射光源，色温只能给出这个光源光色的大概情况。一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低代表橙、红光成分多些。16. 光子的粒子性（能量、动量、质量等）和波动性（频率、波矢、偏振等）之间的关系1) 光子能量 E 与光波频率 对应E = h2) 光子的运动质量 mE = 𝜈m =c2𝑐23)光子的动量P 与单色平面波的波矢k 对应P = mcn = h n = 2𝜋 n = 𝑘 000c2𝜋𝜆式中，n 0运动方向（波方向）上的矢量。4)光子具有两种可能的偏振状态，对

10、应于光波场的两个偏振方向。统计规律。处于5)光子具有自旋性，且自旋量子数为整数。光子服从玻色同一状态的光子数目没有限制，这一点不同于服从统计分布的粒子。17. 任何电磁场可以看成是一系列单色平面电磁波（以波矢k 为标志）的线性叠加，即一系列电磁波的本征模式的叠加。18. 每个本征态具有的能量和动量是量子化的（hl和k l），把具有基元能量hl和动量k l的物质单元称为属于第l 个本征模式的光子。具有相同能量和动量的光子彼此不可区分，处于同一光子态。光子受到测关系约束，在一维和三维中有：19.xyyPx𝑃𝑦𝑃𝑧 3xPx 在六维相空

11、间中，一个光子态占有的相空间体积元为h3，这样的相空间体积元称为光子的相干性。20.一般情况下，相干性可以理解为：在不同空间点上，不同时刻的光波场的某些特性的相关性。作为相干性的一种粗略描述，可以使用相干体积的概念：若在空间体积Vc内各点的光波场具有明显的相干性，则称Vc为相干体积。1)2)相干体积Vc等于垂直于光度Lc的乘积，即方向的截面上的相干面积Ac和沿方向的相干长3)Vc = 𝐴𝑐𝐿𝑐或 Vc = 𝐴𝑐𝜏𝑐𝑐式中，𝜏Ү

12、88;为相干时间。物理光学表明，光波的相干长度就是光波的波列长度，即Lc = 𝑐𝑡 = 𝑐𝜈图所示，线度为x的光源照明的S1和S2两点的光波场具有明显相干性的条件为4)5)xLx 𝜆𝑅光源的相干体积为𝑐3Vc = 𝜈2𝜈(𝜃)2同时，Vc等于光子占有的空间体积。光子简并度n：处于同一光子态的光子数称简并度。有21.光子简并度=同一光子态的光子数=同一模式的光子数=处于相干体积内的光子数=处于同一光和物质原子的相互作用过程1)自发辐射跃迁

13、 自发跃迁概率A21定义的光子数22.𝑑𝑛211A21 = ()𝑑𝑡𝑛𝑠𝑝 2自发跃迁只与原子本身性质有关。A21也称为自发跃迁系数。2)受激辐射跃迁受激辐射跃迁概率W21定义𝑑𝑛211W21 = ()= B21𝜌𝜈𝑑𝑡𝑛𝑠𝑡 2式中，B21为受激辐射跃迁3)受激吸收跃迁受激辐射跃迁概率W12定义系数。𝑑𝑛12

14、1W12 = ()= B12𝜌𝜈𝑑𝑡𝑛𝑠𝑡 1式中，B21为受激吸收跃迁系数。系数的基本关系4)B12𝑔1 = 𝐵21𝑔2A21 = 𝑛𝜈𝜈𝐵21当能级简并度g1 = 𝑔2时，有B12 = 𝐵21W12 = 𝑊215)相干性自发辐射场是不相干的，能量平均分配在腔内所有模式上（如何理解？）；受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、

15、相位、偏振，这样的辐射场是相干的。激光器是采用各种技术措施减少腔内光场模式数、使介质的受激辐射恒大于受激吸收等23.来提高光子简并度的，从而达到产生强相干光的目的。24. 激光英文 LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.25. 激光的组成1) 光学谐振腔选模作用2) 工作物质实现光放大3) 泵浦源实现聚居数反转26. 激光器振荡条件G0 𝛼式中，G0为小信号增益系数，𝛼为平均损耗系数。27. 激光器的几乎一切特性如输出功率、单色性、方向性等，以及对激光器采取的技术措施如稳频、

16、选模、锁模等，都与增益和损耗特性有关。28. 典型激光器激光器的激励方式有光激励、电激励、热激励、化学激励和核激励等多种方式。1) 固体激光器：普遍采用光激励方式。举例：红宝石激光器、钕激光器、钛宝石激光器、etc.2) 气体激光器：常采用气体放电泵浦方式。方向性好、单色性好、功率较小。举例：He-Ne 激光器、Ar+激光器、CO2激光器、etc.3)半导体激光器：可采用电流注入方式泵浦。体积小、举例：双异质结激光器、量子阱激光器、etc.长、输出功率大、效率高4)光纤激光器：小型化、散热快、损耗低、激光阈值低、输出激光波协调性、无光学镜片、无需热电制冷和。举例：光纤激光器、掺Er3+光纤激光

17、器、etc.第二章1. 光波在大气中的大气激光通信、探测等技术应用通常以大气为信道。2. 影响因素1)光波在大气中时，大气气体及气溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减；2) 空气折射率不均匀会引起光波的振幅和相位起伏；3) 当光波功率足够大、持续时间极短，非线性效应也会影响光束的特性。3.大气衰减的定律T = exp(𝛽𝐿)式中，T 为传输距离 L 的大气透过率；𝛽为大气衰减系数（km1）。衰减系数描述了吸收和散射两个物理过程的影响，有 = k𝑚 + m + 𝑘𝑎 + 𝜎Ү

18、86;式中，和分别为应用中，衰减系数的吸收和散射系数，和分别为大气溶胶的吸收和散射系数。在工程的换算为(dBkm) = 4.343 × (km1)4.大气的吸收光波在大气中迫振动。为了克服大气时，大气在光波电场的作用下产生极化，并以入射光的频率作受内部阻力而需要消耗能量，即表现为大气的吸收。吸收出现极大值。当入射光的频率等于大气固有频率时则发生共振吸收，大气的固有吸收频率由内部的运动形态决定。极性内部运动一般有内电子运动、组成的原子振动及其质量中心的转动组成，由此导致的远红外区对应。因此，共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外及的吸收特性强烈地依赖于光波的频率。可见光和

19、近红外区主要吸收谱线吸收主要吸收谱线中心波长/mH2𝑂0.720.820.930.941.131.381.461.872.663.156.2611.712.613.514.3CO21.41.62.054.35.29.410.4O24.79.65.大气散射光通过大气时，光波的电场使大气产生极化，形成振动的偶极子，从而发出次波。若大气光学均匀，这些次波叠加的效果，使光只在折射方向继续，在其他方向上则因次波的而互相抵消。然而大气中存在局部的密度与平均密度统计性的偏离密度起伏。大气的光学均匀性遭破坏而使次波的相干性遭破坏；另外大气中存在各种微粒，也会造成散射。散射：因为大气的线度很小，

20、在可见光和近红外波段，辐射波长总是远大于分子线度。散射指出，散射光的强度与波长的四次方成反比，因而散射系数也与波长四次方成反比，因此有经验公式m = 0.827 × 𝑁 × 𝐴3𝜆4式中，m为散射系数(cm1)，N 为体积内的数(cm1)，A 为的散射截面(cm2)，𝜆为光波长(cm)。由此可知：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。在晴朗天空，散射为主。6.大气气溶胶的衰减大气中有大量的粒度在 0.032000m 之间的固态和液态微粒，它们大致上尘埃、微水滴、盐粒以及有机微生物等，这些微粒在大气中悬浮成胶

21、溶状态，故又称为大气气溶胶。气溶胶对光波的衰减包括散射和吸收。光的散射定理指出，当光波长远大于散射粒子时，产生散射；当光的波长相当于或小于散射粒子尺度时，产生散射。散射与波长有依赖关系；散射依赖于散射粒子的、密度分布以及折射率特性。气溶胶微粒的分布受天气变化影响大，对气溶胶来说，散射作用一般不用考虑，主要考虑散射。7.大气湍流效应实际上大气始终处于一种湍流状态，即大气的折射率随空间和时间作无规则变化。这种湍流状态使激光辐射在过程中随即改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（方向抖动）、光束弥散畸形以及空间相干性等现象，统称为大气湍流效应。大气是一

22、种均匀混合的单一的气态流体，其运动形式有层流和湍流。从实验研究得知， 在气体或液体的某一容积内，惯性力在此容积边界上所受的黏滞力之比超过某一临界值时， 液体或气体的有规则层流运动就会失去其稳定性而过渡到不规则的湍流运动。这一比值是表征流体运动状态特征的雷诺数 ReRe = vl𝜂式中，为流体密度(kg𝑚3)，l 为某一特征线度(m)，vl为在 l 量级距离上运动速度的变化量(m/s)，𝜂为流体黏滞系数(kg/(m s)。Re 的量纲为 1。当 Re 小于临界值Recr（实验测得）时，流体处于稳定的层流运动；大于Recr时为湍流运动。由于气体的黏滞

23、系数较小，气体的运动多半是湍流运动。大气湍流理论表明，大气速度、温度、折射率的统计特性服从“2/3 次方定律”，即Di(𝑟) = (𝑖1𝑖2)2 = 𝐶2𝑟23𝑖式中，i 分别代表速度、温度和折射率；D 为相应场的结构函数；r 为Ci为相应场的结构(m1/3)，其数值大小表征湍流强度，即点之间的距离；Cn = 8 × 109𝑚1/3 Cn = 4 × 108𝑚1/3 Cn = 5 × 107𝑚1/3lll弱湍流 中等湍流强

24、湍流大气湍流对光束（激光）的影响与光束直径dB和湍流尺度 l 之比密切相关：l 当dB 𝑙时，湍流主要作用是使光束整体随机偏折，在远处接收平面上，光束的中心投射点以某个统计平均位置为中心，发生快速的随机性跳动，这种现象称为光束漂移， 数值上可用漂移量或漂移角来表示；l 当dB 𝑙时，湍流使光束波前发生随机偏折，在接收平面上形成到达角起伏，致使接收透镜的焦平面上产生像点抖动；l 当dB 𝑙时，光束截面内包含多个湍流漩涡，每个漩涡各自对照射其上的那部分光束地进行散射和衍射，从而造成光束强度在时间和空间上随即起伏，光强忽大忽小，即所谓的光束强度闪烁。同

25、时还产生光束拓展和光波在电光晶体中的1)内因。8.晶体介质的介电与晶体的电荷分布有关，当晶体上施加电场后，将引起电荷的重新分布，并可能导致离子晶格的微小变化，其结果将引起介电折射率的变化，此时折射率与外加电场 E 有关，可表示为的变化，最后导致晶体n = no + 𝛾𝐸 + 𝐸2 + n = n no = 𝛾𝐸 + 𝐸2 + 式中，𝛾𝐸为一次项，称为线性电光效应或泡克耳(Pockels)效应；第二项称为二次电光效应或克尔(Kerr)效应。对于大多数晶体而言，一次效应比

26、二次效应显著。在此只讨论线性电光效应。2) 分析和描述方法电磁理论方法（繁复）；折射率椭球体(又称光率体，直观、方便)3) 分析(1) 晶体未外加电场时折射率椭球方程为x2y2z2+= 1nnn222𝑥𝑦𝑧式中，x、y、z 为主轴方向。(2) 晶体外加电场时椭球方程变为111111222( 2)𝑥 + ( 2)𝑦 + ( 2)𝑧 + 2 ( 2) 𝑦𝑧 + 2 ( 2) 𝑥𝑧 + 2 ( 2) 𝑥𝑦 =

27、1nnn𝑛𝑛𝑛123456对比两个椭球方程可知，各系数(1n2)发生了线性变化，其变化量定义为31 ( 2) = 𝛾𝑖𝑗𝐸𝑗ni𝑗=1式中，𝛾𝑖𝑗称为线性电光系数；i 取值为 16，j 取值 13，上式可表示称矩阵形式1 ( 2) n 1 1 ( 2) n𝛾11𝛾12𝛾22𝛾𝛾132 1 𝛾21𝛾

28、;23 ( 2)𝐸𝑥 𝛾 n𝛾 3 = 313233 𝐸𝑦 𝛾41𝛾42𝛾43 1 𝐸 ( 2) 𝛾51 𝛾𝛾52𝛾𝛾53 𝑧n4𝛾 1616263 ( 2)n 5 1 ( 2)n6式中，具有𝛾𝑖𝑗的矩阵称为电光张量，每个值由具体的晶体决定，其表征感应极化强弱的量。以下以 KDP

29、 为例：KDP（KH2PO4）类晶体属于体，因此有nx = 𝑛𝑦 = 𝑛𝑜，nz = ne，no > ne（no， 42m 点群，是负折射率，ne为电子折射率）；其电光张量元素只有41，52和63为非零，且41 = 52。因此折射率椭球方程为x2𝑦2𝑧2+ 2 𝑦𝑧𝐸 + 2𝛾 𝑥𝑧𝐸 + 2𝛾 𝑥𝑦𝐸 = 141

30、19909;41𝑦63𝑧𝑛𝑛𝑛222𝑜𝑜𝑒 令外加电场平行于z 轴，即Ez = E，Ex = Ey = 0，方程变为x2𝑦2𝑧2+ 2𝛾 𝑥𝑦𝐸 = 163𝑧𝑛𝑛𝑛222𝑜𝑜𝑒建立一个新的主轴坐标（称为感应主轴坐标） 使椭球方程不含交叉项，即可将 x、y 坐标轴绕

31、z 轴旋转 角，分析后可知， = 45°，方程变为 1 ( 1+ E ) x2 + ( E ) y2 +𝑧2 = 1163 z63 zn2n2𝑛2oo𝑒63 由于很小（约 1010𝑚/𝑉 ）， 一般是63𝐸𝑧 1/𝑛2，利用微分式d(1n2) = 2dnn3𝑜得到ü1n = n -n g E2o 63 z ïx'o2ïï1n = n +n g E2z ýy'oo 632

32、9;ïïþn ' = nze由此可见，此时折射率椭球的主轴绕 z 轴旋转 45°，其折射率与电场成正比。这是实现光调制、调 Q、锁模等技术的物理基础。i.光波沿 z 方向，且光波场的电场E 沿 x 方向。（纵向应用）椭圆方程变为 1 (+ E ) x2 + ( 1 E ) y2 = 163 z63 zn2n2oo进入晶体后分解为 x和 y方向的两个垂直偏置分量。由于两个偏置分量的折射率不同，经过长度为 L 的空间距离的光程分别为nx 𝐿和ny 𝐿，这样两个偏置分量的相位延迟产生的相位差为𝑛3

33、0574; 𝑉2𝜋2𝜋𝑉 =𝑜 63 = 𝜑 =𝐿𝑛3𝛾𝐸 =𝑛3𝛾𝑜 63 z𝑜 63y𝑥𝜆𝜆𝑐式中，V = Ez𝐿是沿 z 轴加的电压。可见，这个相位延迟称为电光相位延迟，其相位差变化仅取决于外加电压。半波电压：当光波的两个垂直分量Ex、Ey 的光程差为半个的电压称为半波电压，即，所加

34、20582;V =2𝑛3𝛾63𝑜由半波电压表示相位延迟有 = V𝑉𝜋半波电压越小越好，特别是宽频带高频率情况下，V越小，所需调制功率越小。晶体的半波电压是波长的函数，KDP 类晶体在 400700nm 内V与波长成线性关系。一般情况下，出射的振动是一个椭圆偏振光，用数学表表示为E2𝐸22𝐸𝑥 𝐸𝑦 𝑥 + 𝑦 cos = sin2 𝜑 A2𝐴2𝐴1w

35、860;212 当晶体未加电场时，由上式可得Ey = (𝐴2𝐴1)𝐸𝑥 = Ex 𝑡𝑎𝑛𝜃通过晶体的光为线偏振光，且与入射光偏振方向一致，相当于全波片。 当晶体外加电场V = V/2，可得E2𝐸2𝑥 + 𝑦 = 1A2𝐴212通过晶体的光为椭圆偏振光，当A1 = A2时，光为圆偏振光，相当于ii.光束方向改为垂直于 z 轴并于 y（或 x）轴成 45°，一般采用 45°z切割晶体来实现

36、。（横向应用）进入晶体后分解为沿 x和 z 方向的两个偏振分量，相应的折射率不变。传播距离 L 后，两偏振分量的相位延迟产生的相位差为𝜋𝐿3 = 𝜑 = 𝜑 +𝑛 𝛾 ( )𝑉z0𝑜 63𝑥𝜆𝑑式中，d 为外加电压方向（z 方向）的晶体宽度。即相位差包括两项：第一项由晶体自身双折射引起的（看做固定偏置）；第二（即电致双折射）。半波电压（略去自然双折射）电光效应相位延迟𝜆𝑑V =(w

37、871;)𝑛3𝛾𝑜 63 外加电场不平行于z 轴时，未提及。4)常见物质：KDP、GaAs、LiNbO3、etc.9.光波在声光晶体中的1)内因声波是一种弹性应力波（纵向应力波），在介质中时，它使介质产生相应的弹性形变，即引起介质的密度呈疏密相间的交替分布，因此，介质折射率也随之发生周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”，其光栅间距等于声波波长s。光波通过时， 会产生光的衍射。 超声：声波频率超过人耳所能探知范围的声波称为超声。2)分析1/4 波片 当晶体外加电场V = V，可得Ey = (𝐴2𝐴

38、1)𝐸𝑥 = Ex tan(𝜃)此时光又变回线偏振光，但方向相对于入射光旋转了2角（若 = 45°，方向相对旋转了 90°，相当于半波片）。声波在介质中分为行波和驻波。(1) 超声行波情况下对于光波来说，“声光栅”可以看做是静止的，设声波角频率s，波矢为，则沿x 方向的声波方程为a(x, t) = 𝐴𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑠𝑡 𝑘𝑠𝑥)式中，a 为介质质点的瞬时位移，A 为质点位移

39、的振幅，可近似认为，介质折射率变化正比于介质质点沿x 方向位移的变化率，即n(x, t) = ncos(𝜔𝑠𝑡 𝑘𝑠𝑥)式中，n = ks𝐴。此时介质折射率为13n(x, t) = 𝑛0 + 𝑛𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑠𝑡 𝑘𝑠𝑥) = n 𝑛 𝑃𝑆𝑐w

40、900;𝑠(𝜔𝑠𝑡 𝑘𝑠𝑥)002式中，S 为超声波引起介质发生的应变，P 为材料的弹光系数。(2) 超声驻波情况下n(x, t) = 2nsin𝜔𝑠𝑡sin𝑘𝑠𝑥在一个周期内，介质两次出现疏密层，且在波节处密度保持不变，折射率每隔半个周期就在波腹处变化一次。若超声频率为fs，那么光栅出现和消失（某一平面）的次数则为2fs，因而光波通过该介质后所得到的调制光的调制频率为声波频率的两倍。按照

41、声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，可分为衍射和布喇格(Bragg)衍射。(Raman-Nath)衍射条件：超声波频率较低；光波平行于声波面入射（垂直于声波场声光互作用长度较短。(1)方向）；在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，声光介质近似看做相对静止的衍射。声波长s比光波长大得多，当光波平行通过介质时，“平面相位光栅”，产生几乎不通过声波面，因此只受到相位调制，即通过折射率大的部分的光波面相应推迟，于是光波面出现凹凸现象。由出射面上各子波源发出的次波发生相干作用，形成与衍射。入射方向对称分布的多级衍射光，即主要特征：各级衍射光对称分布在零级衍射光两侧，且同级次衍射光的强

42、度相同。上述分析略去了时间因素（(2) 布喇格衍射频移），并且是在理想的面光栅条件下进行的。条件：声波频率较高；声光作用时间L 较大；满足布喇格条件。当入射光与声波面夹角满足一定条件时，介质中各级衍射光会发生，各高级次衍射光相互抵消，只出现 0 级和+1（或-1）级（视入射光方向而定）衍射光，即产生布喇格衍射。布喇格条件：𝜆𝜆sin =𝑓B𝑠2𝑛𝜆𝑠2𝑛𝑣𝑠式中，i = d = B，B称为布喇格角，可见，只有入射角i等于布喇格角B时，在

43、声波面上衍射的光波才有相同相位，得到衍射极值。衍射效率 = 𝐼1 = sin 𝜋 𝐿 𝑀𝑃 s2 𝑠𝐼𝑖𝐻2𝜆式中，M2 = 𝑛6𝑃2𝜌𝑣3是声光介质中的物理参数组合，是由介质本身性质决定的，称为𝑠声光材料的品质因数。它是选择声光介质的主要指标之一。由上式可得结论：在超声功率𝑃𝑠一定的情况下，要使衍射光强尽量大，应选择较大的&

44、#119872;2，并做的长而窄。当超声功率𝑃𝑠足够大，使 𝜋 𝐿 𝑀2𝑃𝑠达到/2时，s = 100%2𝜆 𝐻当𝑃𝑠改变时，也s随之改变，因而通过声光调制。𝑃𝑠就可以达到衍射光强的目的，实现声光效应广泛应用于声光调制、声光扫描和声光调 Q 等技术领域。3)常见物质：PbMnO410. 光波在磁光介质中的磁光效应是磁光调制的物理基础。当光波通过这种磁化的物体 (磁性物质）时，其特性发生变化

45、，这种现象称为磁光效应。磁光效应包括旋转效应、克尔效应、磁双折射效应等。其中最主要的是旋转效应。旋光效应1)2)常见物质：YIG11. 光波在光纤波导中的第四章 光辐射的探测技术1. 从近代测量技术看，电量的测量不仅是最方便的，而且是最精确的。大多数光探测器都是把光辐射量转换成电量来实现对光辐射的探测。从这个意义上来说，凡是把光辐射量转换为电量的光探测器，都称为光电探测器。2. 光电探测器分类探测器件光子探测元件（光子效应）气体光电探测元件外光电效应内光电效应光生探测器3. 光电探测器的物理效应分为两大类：光子效应和光热效应。4. 光子效应：单个光子的性质对产生的光电子起直接作用。探测器吸收光

46、子后，直接引起原子或电子状态的改变。光电三极管 光电场效应管雪崩型光电二极管光电池 光电二极管红外探测器光敏电阻放大型非放大掺杂型本征型光电倍增管像增强器 摄像管变像管真空光电管充气光电管光磁电探测器光电导探测器放 大 型非放大型热电探测元件特点：光子效应对光波频率表现出选择性；响应速度比较快。5. 光热效应：探测器吸收光辐射能量后，不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测器温度上升，从而使元件的电学性质或其他物理性质发生变化。特点：原则上光热效应对光波频率没有选择性；响应速度一般较慢，且容易受温度变化影响。有一种称为热效应，比起光热效应，其响应速度要快得多

47、。6. 光子效应包括光电发射效应、光电导效应和光伏效应等；光热效应包括温差电效应和热效应等。7. 光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（光电子）的现象。对应的物体称为光电发射体，也称为光阴极。发生条件：发射体内的电子吸收的光子能量𝜈大于发射体的功函数𝐸𝜑，则电子以相应速度从发射体表面溢出。Ek = 𝜈 𝐸𝜑带入可得光电发射的入射光波的截止频率和截止波长：1240𝐸𝜑(𝑒𝑉) (𝑛𝑚) =c

48、8.光电导效应：光照变化引起半导体材料电导变化的现象（“体”效应）。9.光伏（光生）效应：当照射光激发出电子空穴对时，电势垒的内建电场将电子空穴对 ，从而在势垒两侧形成电荷堆积，称为光生 效应（“结”效应）。在光照零偏条件下，pn 结产生开路电压的效应称为光伏效应；在光照反偏条件下，观测到的是光电信号的光电流（而不是光电压），此时的 pn 结称为光电二极管。10. 温差电效应：当两种不同的配偶材料并联熔接时，如果两个接头温度不同，串联回路中产生电动势，称为温差电动势。效应：在温度Tc以下时，当强度变化的光照射热11. 热电体时，热电体温度发生变化，电荷从原来的平衡值发生变化。热体表面附近的自由电荷对面电荷的中和作用比较缓慢（在11000s 量级），在来不及中和之前，热电体侧表面就会呈现出相应于温度变化的面电荷变化，称为热现象。如果把热电体放进一个电容器极板之间，把一个电流表与电容两端相接，就会有电流流过电流表，这个电流称为短路热流。热器件。探测器是一种交流或瞬时响应的12. 光电转换定律推导：引入一个比例系数 D（探测器的光电转换因子）表示光电流和光通量（功率）的关系：i(t) = DP(t)带入光电流和光通量定义式𝑑𝑛光𝑑𝑡dEP(t) = 𝜈dt𝑑𝑛电