晶体在外电场作用下的

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1、第三章晶体在外电场作用下的光学性质目录3.1晶体光学简介3.2电光效应3.3声光效应3.4热光效应3.5磁光效应3.6非线性光学效应（不讲）3.1晶体光学简介晶体---按照周期性规则排列原子、分子、离子的材料晶体由3个基本平移矢量a、b、c确定（长度和夹角）。其方向叫晶向，晶向组成的平面叫晶面。由它们确定的最小六面体的体积叫晶胞，它们的长度和夹角叫晶胞常数分为七大晶系表3.1七大晶系及晶胞常数的数目晶系晶轴上的周期晶轴上的夹角独立晶胞常数的数目备注三斜a≠b≠c≠≠6低级晶系单斜a≠b≠c==90°≠4低级晶系正交a≠b≠c=

2、==90°3低级晶系四方a=b≠c===90°2中级晶系六方a=b≠c==90°，=120°2中级晶系三方a=b=c==≠90°2中级晶系立方a=b=c===90°1高级晶系光学晶体性质光学晶体是一种各项异性的电磁介质，磁导率=1晶体光学是研究晶体中电磁波传播问题的科学2.2.0.3各项同性介质各项异性介质？介电常数不是标量，而是张量即：在晶体中三维空间的某一轴向施加电场，其极化强度在三维空间的同一轴和其它两轴都会产生相应的分量3.1.1光学晶体中2阶张量的性质对称性9个分量6个分量线性代数：任何一个实对称矩阵

3、通过线性变换都可以转换成一个对角矩阵---存在一个特殊的坐标系，使得非对角线上的分量为0---主轴坐标系，主轴---晶轴表3.1.1晶体等级对称性介电常数高级晶体各向同性1=2=3=n2中级晶体高次旋转轴是主轴,单轴晶体1=2≠3，双折射现象低级晶体具有两个光轴1≠2≠33.2电光效应定义：外加电场引起介质折射率变化的现象3.2.1---外加电场为零时的折射率；aE---线性电光效应(Pockels);bE2---二次光电效应（Kerr)晶体光学中使用折射率椭球面描述光在晶体中传输的各向异性，没有外加电场时：3.2.2Xi

4、---介电主轴坐标系；ni---对应的主折射率有外加电场时将引起各主折射率的变化=折射率椭球面的变化3.2.3Ek---外电场在相应主轴坐标方向的分量；ijk---晶体的线性3阶张量元，共27个分量，但由于对称性i，k可互换，仅剩20个独立分量，即：3.2.6a3.2.6b3.3声光效应弹光效应：外力作用于介质使其产生应变，密度的变化最终表现为折射率的变化；去掉外力后折射率复原。声波和超声波是机械振动的传播---弹性波之一声光效应：由声波和超声波作用于光学介质产生的折射率周期性变化的过程声波的产生：叉指换能器叉指换能器叉指换能器就是在压电

5、基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。声表面波（瑞利波）的声功率密度很大，可产生较强的声光效应3.3.1声光布拉格衍射声光效应---应变张量元，---弹光系数四阶张量元（81个分量）由于对称性（ij互换对称性，kl互换对称

6、性）36个分量，3.3.1-2声光布拉格（Bragg）衍射光栅声光效应产生的周期性折射率变化等同于制造出一布拉格（Bragg）衍射光栅Bragg衍射为主的条件a---声波波长；---入射的光波；L---声光相互作用距离3.3.4发生衍射的条件：AC-BD=x(cosi-cosr)=mm=0,±1,±2,,,只有m=0才能使得所有点满足衍射的相位条件；i=r入射光在声光光栅中布拉格衍射3.3.7衍射角B3.3.10通过改变声波的频率就可以方便地改变光束的出射方向3.4热光效应定义：晶体折射率随温度变化而变化的现象原因：温度变化

7、引起介质密度的变化导致的n的变化+介质原子极化率随温度的变化3.4.1---介质材料的体膨胀系数3.4.20---应变极化常数，考虑了材料原子密度引起的极化变化效应3.5磁光效应旋光效应---材料的旋光率d---材料的厚度磁光效应：在本不具有旋光效应的材料上人为施加磁场使之具有旋光效应的现象用途：光调制器、光开关、光隔离器等3.5.1法拉第旋转效应顺磁介质和抗磁介质3.5.1铁磁或亚铁磁介质3.5.2H---外加磁场强度；L---晶体长度；Vd---Verdet常数[rad/A]法拉第效应与旋光效应重要的区别---入射光进入加磁的晶

8、体后再反射回晶体，其偏转角的方向不变，到入射面后偏转角加倍法拉第效应发生在磁场与光场同向或反向偏转方向服从右手定则3.5.2磁致双折射效应3.6非线性光学效应