光电子器件基础与技术lectu

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1、光电子器件原理与技术张伟利副教授E-mail:wl_zhang@uestc.eud.cn电子科技大学通信与信息工程学院科B209028-618306521第三章1.电光调制2.声光调制3.磁光调制2光调制1.1晶体光学的基本知识1.2晶体的电光调制折射率椭球电光调制技术参考朱京平主编《光电子技术基础》感谢清华大学李艳和老师的资料！！晶体：粒子按一定规则周期性重复排列点阵：重复排列的微粒或粒子群（基元）用“点”表示晶格：通过点阵中的结点可以做许多平行的直线和平面簇，形成格子结构，结点或晶格重心称为格点晶胞：周期重复的最小基本结构单位，晶胞可用三个棱长a、b、c和三个夹角、、描述

2、，这六个参数称为晶胞常量布喇菲点阵：根据空间对称性，晶体分为7种晶系、有14种点阵，称布喇菲点阵，或称14种晶胞；根据晶系具有高次旋转对称轴的数目又可划分成三个晶族：低级（0）、中级（1）、高级（>1）晶体光学的基本知识3布喇菲点阵立方正交（斜方）正方单斜三斜六角三角晶体光学的基本知识4晶体的基本性质：自限性：晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体的能力。晶面数＋晶顶数＝晶棱数＋2最小内能性：在相同的热力学条件下，晶体的内能最小均匀性：晶体在不同部位上具有相同的物理性质各项异性：晶体的宏观性质因观察方向不同而有差异如：晶体的解理，原子密度大的晶面，其晶面间距大，受力后破裂总是沿着一个

3、确定方向发生；双折射对称性：晶体在几个特定方向上可以出现异向同性的现象，这种相同性质，在不同方向上有规律地重复出现，称为对称性晶体光学的基本知识56晶体的对称操作对晶体实行某种适当的操作，晶体保持不变恒等操作（E）：绕任何轴旋转0到2角度n次旋转（Cn）：绕某轴转n次后回到原位如：某晶体，绕某轴转120°后与原来重合，可转三次，该轴称为3次旋转轴，n=3，n可取1，2，3，4，6中心反演（I）：绕某个中心点，把坐标为r的点换到-r上镜象反演（）：以某个面为对称面晶体光学的基本知识标量：温度（T），质量（m）；只有大小，没有方向矢量：电场强度（E），电极化矢量（P）；有大小，有方

4、向张量：什么是张量？如何表示？晶体物理常数的张量性质及其矩阵表示法晶体光学的基本知识7波动方程数学描述：晶体光学的基本知识有外场作用（非线性）情况下：E:作用物理量P:感生物理量：二阶张量晶体的极化率和介电常数介质受到光波电场E作用后产生极化，用电极化强度矢量P来表示8例1.P（极化强度）和E（电场强度）的关系PE为比例常数，极化率或极化系数在各向异性介质中，P和E一般不同向PE若：有：E的每一个分量对P的每一个分量都有贡献在各向同性介质中，P和E同向晶体光学的基本知识9P和E的关系由物理量的9个分量决定，这9个分量有规则的排列成一个3x3的矩阵(二阶张量)，称为极化系数张量

5、简化表示法分量表示法矩阵表示法其中，i（自由脚标）=1，2，3j（哑脚标）=1，2，3哑脚标表示对它的全部可能值求和，但省去求和号不写晶体光学的基本知识10例2.强光情况下P和E的关系其中第二项每式各9项分量，其中，i,j,k=1,2,3j,k从1-3求和两个矢量EE并列，可以相同，也可以不同，不是相乘，也不是点积，两个矢量分别经过(2)与P发生联系，称作“并矢”；极化系数(2)有3x9=27个分量，联系一个向量和一个并矢，是一个三阶张量晶体光学的基本知识11简化矩阵表示：并矢中互换位置不影响结果，后6项两两相同简化原则：自由脚标不动，哑脚标合并简化分量表达：27个分量只有18

6、个独立F和E的关系其中晶体光学的基本知识12例3.电位移矢量压电系数（三阶张量）应力（二阶张量）压电系数联系一个二阶张量和一个向量，也是一个三阶张量应力张量是一个对称张量：应用同样的缩写规则：或者晶体光学的基本知识13例4.一阶光电系数对称二阶张量（3x3)三阶张量(9x3)矢量(3x1)缩写：1x66x33x1：相对介电抗渗张量的增量：电光系数张量例5.二阶光电系数对称二阶张量（3x3）四阶张量（9x9）并矢（9）缩写后：1x66x66x1晶体光学的基本知识14张量：是一个物理量，在直角坐标系中用若干分量表示联系两个矢量的是一个二阶张量，有9个分量，可以表示成3x3的矩阵；联系一

7、个矢量和一个并矢或一个矢量和一个二阶张量的是一个三阶张量，三阶张量有27个分量，缩写后可表示成3x6或6x3矩阵；联系二个二阶张量或一个二阶张量和一个并矢的是四阶张量，四阶张量有81个分量，缩写后可表示成6x6矩阵推广：一个标量可以看作是一个零阶张量，一个矢量可以看作是一个一阶张量。从分量的标记方法看，标量无下标，矢量有一个下表，二阶张量有两个下标，三阶张量有三个下标。因此，下标的数目等于张量的阶数。晶体光学的基本知识15在主轴坐标系中，晶体的电场储能密度为:e=1