第三部分-光电子基本技术基础-清华《光电子技术》课件.ppt

光电子学与光电子技术例：波分复用光通信系统Wavelength Division Multiplexing (WDM)Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) 例：电视系统（CATV ）例：光纤网络例：光上下话路器例：Drop-Pass 例：光上下话路开关（光纤声光器件）例：光交叉互连节点在光信息系统中：光源（激光器，发光管）光信号获取（传感）光信号加载（调制）光信号处理（开关、滤波、波长变换、时钟恢复、脉冲整形）光信号放大光信号接收光隔离共同的基本规律数学描述波动方程：（一）、晶体结构及其对称性（简介）晶体结构：晶体：原子按一定规则周期性重复排列点阵：重复排列的原子用“点”表示晶胞：周期重复的最小基本（结构）单位布喇菲点阵：根据空间对称性，可以有14 种点阵，称布喇菲点阵，或称14 种晶胞14 种晶胞共分7个晶系：三斜、单斜、正交（斜方）、正方（四角）、立方、三角、六角布喇菲点阵P.5, 图1.1 布喇菲点阵晶体的对称性：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或2 角度n 次旋转（Cn ）：绕某轴转n 次后回到原位如：某晶体，绕某周转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n 次旋转反演（Sn ）：进行n 次旋转后，绕旋转轴的某个点再进行中心反演点群一种晶体可以有多种对称操作，这些对称操作的集合称为“群”；各种点阵（晶体）拥有不同的对称性，因此，各种晶体可以用“点群”来表示；“点群”是晶体结构对称类型的一种标志方法，国际符号，例：（二）、晶体物理常数的张量性质及其矩阵表示法物理量标量：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，有方向张量：什么是张量？如何表示？例1. P （极化强度）和E （电场强度）的关系 在各向同性介质中，P 和E同向P和E 的关系由9个常数，或一个物理量的9个分量来决定，这9个分量有规则的排列成一个3 x3 的矩阵二阶张量，称为极化系数张量例2. 强光情况下P和E的关系简化矩阵表示：并矢中互换位置不影响结果，后6 项两两相同例3. 例4. 例5. 张量张量是个物理量，在直角坐标系中用若干分量来表示；联系两个矢量的是一个二阶张量，二阶张量有9个分量，可以表示成3x3 的矩阵；联系一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3 x6 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：只有三个分量的矢量是一阶张量；只有一个分量的标量是零阶张量。（三）、张量元素的坐标变换及其简化矢量的坐标变换：直角坐标系新坐标与老坐标的关系：张量元素的坐标变换：设有两个矢量p 和q ，经过张量T 联系在旧坐标系中：在新坐标系中：利用坐标变换对张量元素进行简化根据晶体的对称性，对晶体进行某些对称操作，张量元素应保持不变。例2. KDP 晶体，，x1 、x2 方向均有2度旋转轴操作：在上例基础上，绕x1 转180° 坐标变换：例3. GaAs 晶体，，在KDP 晶体的基础上考虑[1,1,1]方向的C3 操作：得到d14=d36 ，只剩下一个独立分量。凡有对称中心的晶体，不可能有三阶张量表示的物理量（物理效应），但可以有四阶张量表示的物理量；各向同性晶体可以有四阶张量表示的物理量，除了具有立方晶体的对称性外，还可以绕任何轴旋转任何角度张量保持不变；本课程将遇到的二阶张量都是对称的，但四阶张量不一定对称；按照缩写规则将三阶、四阶张量写成二维矩阵时，注意缩写的规则。（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变（三）、折射率椭球的形变第三部分晶体光学的基础知识（一）、弹光效应弹光系数张量定义弹光系数四阶张量但本身不一定对称和不同和均为对称张量，可以缩写中不须考虑两项光电子基本技术基础第三部分晶体光学的基础知识（一）、弹光效应折射率椭球的形变应变场作用下，折射率椭球为：以熔融石英为例，假设只有x 方向有伸缩应变：折射率椭球变为：光电子基本技术基础光电子基本技术基础第三部分晶体光学的基础知识（一）、弹光效应变为单轴晶体，加应变的x 方向为光轴方向感应折射率为：弹光效应——声场作用—形变—附加电极化—折射率改变光电子基本技术基础第三部分晶体光学的基础知识（二）、声光衍射声波通过介质——介质中产生随时间、