表面波声光互作用的原理与体波声光互作用的原理是相同的，它们都是由于介质的折射率受到超音波应变的调製而作周期性的变化，并引起入射光的衍射。与体波的情况一样，它亦可分为正常和反常布拉格衍射，唯一的区别是，导光波存在波导色散，有效折射率不仅与材料性质和导光膜的偏振状态有关，而且还与模阶数和波导层级厚度有关。正常布拉格衍射时导光膜偏振状态不发生变化，反常布拉格衍射时偏转状态会发生变化或模阶数发生变化。由于光波导具有色散性，不论波导层是各向同性材料还是各向异性材料，都会产生反常布拉格衍射。通过调整组成波导的各层材料的折射率和波导层的厚度可以改变有效折射率，从而可以改变反常布拉格衍射的极值频率。

构成表面波声光器件的光波导层厚度一般不超过几十个光波长。光波导可以用扩散、外延、溅射、离子注入和离子交换等方法在基片表面上製作一个薄层，并使薄层的折射率略高于基片本身的折射率，就构成一个非对称型单层介质薄膜波导。为了兼顾发喔声表面波的激励，基片或波导层材料，二者之一必须具有压电性。通常採用的基片材料是铌酸锂晶体、碳酸锂晶体和水晶灯。对非压电基片，如蓝宝石和玻璃等，波导层材料常用氧化锌压电薄膜。实际上，使用较多的是在铌酸锂基片上扩散钛製成的光波导。光波导中可以容纳多个导光模，但通过一定的设计可以製成单波导。光波导中传播的导光波是通过一定的耦合技术，把雷射耦合进入光波导的，并被限定在光波导内传播。导光波可分为横模（TE模）和纵模（TM模）两类，它们之间取不同的偏振态。导光膜是离散的，有高阶模和低阶模之分，它们之间的偏振互相正交。不同导光模的有效折射率也不同，而且与波导层的厚度有关，调整波导层的厚度，就可以改变波导这种色散特性。

图1-1用YZ-LN製成的表面波声光器件示意图

激励声表面波的压电换能器是在声光介质表面镀制的金属叉指换能器阵列，它激励的声表面波在介质表面层内传播。声表面波只存在于厚度约为声波长数量级的一个很薄的薄层内。所以在这个薄层内声波的能量密度很大。图1-1是一个利用YZ—LN製成的表面波声光器件示意图。

表面波声光互作用所具有的特点实质上完全由导光波和表面声波本身具有与平面波不同的特点所引起，这些特点主要是：导光模和表面声波的本徵函式都具有横向分布，不能视作平面波；在表面声波中总是同时存在好几个应变分量；导光模的有效折射率或波矢量的模具有波导色散。由于表面声波和导光波均被限制在介质表面厚度为波长数量级的薄层内，能量非常集中，製作激发表面声波的叉指换能器所用的平面工艺又比较灵活，容易做出具有複杂结构的叉指换能器，因而，无论在驱动功率和频宽方面，表面波声光器件都具有更好的性能。由于表面声波和导光波是在介质表面或表面波导层内传播的，为了满足边界条件，表面声波和导光波都具有许多与体波很不相同的特点。

表面波声光器件的主要特性参数是衍射效率、工作频宽等。表面波声光衍射的衍射效率在相同的结构尺寸下比体波声光衍射的效率低。这是由于存在光场与声应变场的横向分布的重叠积分的缘故。重叠积分的值在0~1之间。特别是对反常布拉格衍射，它的重叠积分值特别小。通常正常布拉格衍射的衍射效率要比反常布拉格衍射的衍射效率高。设法改变声应变场的空间分布，可以适当提高衍射效率。但由于声束的高度很小，只有一个声波长的数量级，因而换能器的几何因子可以很大，约比体波器件换能器的几何因子大两个数量级，所以表面波声光器件需要的驱动功率比体波声光器件约小两个数量级。工作频宽受换能器频宽、布拉格衍射频宽和重叠积分频宽的限制。叉指换能器的3dB频宽只能达到40%。要增加换能器的转换效率就要适当增加换能器的指对数，但又会使换能器的相对频宽减小。随着声波频率的改变，声光衍射将逐渐偏离布拉格条件。为了增大布拉格衍射频宽，可以使声波波前随声波频率改变而跟蹤布拉格角。这种超声跟蹤技术是採用多元换能器阵列，在相同的中心频率下，相邻换能器之间保持适当的相位差，一级近似下，常取固定的相差，使技术上容易实现。採用几个中心频率不同的叉指换能器倾斜排列，各倾角接近于中心频率上布拉格角之差的办法，同样保证了声光器件能在较大的布拉格频宽下工作，而且更有效。

表面波声光器件中光的输入和输出的耦合质量，直接影响器件的性能和套用。光耦合有不同的方法，採用稜镜耦合对光波长不敏感、耦合效率高和只输出一束光，但实用上不方便。採用斜面耦合或光栅耦合时，耦合效率低。光栅耦合的耦合效率对波长很敏感，但具有平面製作的优点。

表面波声光器件用平面工艺製造，设计灵活，容易做出具有複杂结构的叉指换能器，获得大的频率频宽，可以製作适用于各种用途表面波器件。声表面波对导光波的衍射所需驱动功率较低。但是，当光波导内光功率密度过大时，容易产生非线性效应，所以表面波声光器件多用于光功率密度较低的场合。

表面波声光相关/卷积器的工作原理和体波声光相关/卷积器的工作原理完全相同。两者唯一的区别是表面波声光相关/卷积器的所有光学元件均集成在一块平面波导片上，体积可以做得非常小。如图1-2所示，在压电基片表面上，两端各设定一个叉指换能器，两个换能器发射两束传播方向相反的声表面波。它们衍射入射的导光波时，衍射光的频率将发生移频，一束衍射光上移频，另一束下移频，移频量就是声频。两束衍射光的频差为二倍声频，而传播方向相同，用透镜聚焦送入接收器，就完成两信号的空间积分和卷积。如事先将参考信号时间返演，则完成了两信号的相关。表面波声光相关器的相关增益大，卷积效率高，特别适用于从噪声中提取有用信号和实现实时傅立叶变换。

图1-2 时间积分表面波声光相关器工作示意图

表面波声光频谱分析仪（图1-3）的工作原理和特性参数与体波声光频谱分析仪比较，并没有什幺差别。但是表面波声光频谱分析仪套用平面化工艺製作，所消耗的驱动功率小、体积小和重量轻。由于声表面波的色散现象使频率频宽获得一定的扩展，在信道数一定的情况下，表面波器件的频宽可以比体波器件的频宽小。

图1-3 表面波声光频谱分析仪示意图

微型光学陀螺仪（MOG）是一种无源环形谐振腔的光学陀螺仪，基本原理是Sagnac效应，採用集成光学技术研製的新型光学陀螺仪。MOG通过测量在波导谐振腔中相同传播的两束光的相位差来确定旋转物体的转动角速率，由于每束光的总相移可达但需要测量的相位差一般却只有，因此要直接测量出光频变化的瞬时相位几乎是不可能的。为此採取频率调製的方式，使入射到波导谐振腔中的两束光分别发生频移，而频移量可以精确控制，在任意时刻由两束光的频差所引起的相位差与Sagnac相移大小相等、方向相反，则两束光的频差就正比于待测的旋转角速率，通过测量频差就可以测得角速率，如图1-4所示。这一技术的核心是对每束光实现精确的频移控制，在谐振式光学陀螺仪、布里渊雷射陀螺仪以及MOG中广泛採用声光移频技术来实现这一控制。

图1-4 MOG频率伺服控制系统图