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第八章 光波调制 第八章 光波调制 §8-1 晶体中光的传播特性 §8-2 电光效应 §8-3 在外电场作用下的晶体中光的传播特性 §8-4 电光器件 ? §8-5 声光效应 §8-6 声光衍射现象 §8-7 磁光效应 §8-8 声光器件与磁光器件 ? §8-1 晶体中光的传播特性 晶体的结构特征： 空间点阵： 构成晶体的基本结构单元称为晶胞；晶体中的微粒（包括原子、离子、分子）的重心位置称为格点（结点）。全部格点的总体称为点阵。点阵形成网状结构成为晶格。任两个格点的连线称为晶列。含有不在同一直线上的三个以上的格点的平面称为晶面。 晶胞棱边确定的三维坐标系统 晶胞可以用平面六面体的概念来表示。 晶体是晶胞在三个方向上“堆砌”而成的，因此选取晶胞的三个棱为坐标轴，构成一个坐标系。三个基矢就是a,b,c。任意晶胞在晶体中的位置就可以表示为： r=la+mb+nc 晶面指数 描述晶面的方向一般用密勒（Miller）指数（hkl）来标记，与它平行的晶面都是用相同的指数来表示，与它垂直的晶面则用[hkl]表示。 晶系与布拉菲晶胞 根据晶胞形状的不同，可分为七个晶系：立方晶系，六方晶系，四方晶系，三方晶系，正交晶系，单斜晶系，三斜晶系。 7大晶系总共包括了14种节点分布类型，称为布拉菲晶胞。 节点数目计算：每个晶胞只拥有一个结点，每个底心格子共占有2个结点，每个面心格子共占有4个结点，而体心格子占有的结点数为2。 七大晶系及晶胞常数 晶体的对称性 晶体的对称性是指经过某种操作后，晶体能实现自身重合。 对称要素主要包括：对称中心C，旋转轴L，对称面P ，以及旋转反演Li。 n度旋转：晶体绕某一固定轴旋转一个角度 后，能使其空间位置恢复旋转前的状态。 n度旋转反演：晶体经过n度旋转后，再经中心反演即实现自身重合。 8种独立的宏观对称操作：1，2，3，4，6，i，m， 晶体对称类型指晶体具有全部宏观对称操作的总和。其符号表示见表8-1-3。 介电张量 （i,j=x,y,z） 电位移D与电场强度E的关系： 即： 由这样三个方向构成的坐标系称为主介电轴坐标系。 在立方晶系中， 为各向同性晶体； 在三方、四方、六方晶系中， 为单轴晶体； 在正交、单斜、三斜晶系中， 为双轴晶体。 介电张量 根据 的关系式，可以引入三个主折射率： 分别表示光在这三个方向上的传播特性。 各向异性晶体中D，E，S， k共面且都垂直于H，（其 中S指坡印廷矢量）如右图 所示， 光的双折射现象 光在某些晶体中传播时，传播速度不仅与方向有关，而且和电矢量的偏振方向有关，其根本原因在于晶体的光学各向异性。 光沿空间某一方向传播时，从原点发出的射线与波矢曲面有两个交点，即对于同一个传播方向有两个k值的现象，称为光的双折射。 光的双折射现象理论推导过程（课本P270) 晶体中的o光与e光 o光：寻常光，指电矢量的振动方向垂直于主平面，表示某一偏振方向的光波在各个传播方向上的传播速度是相同的； e光：非常光，指电矢量的振动方向在主平面 内，表示另一个偏振方向上的光波在沿不同方向传播时具有不同的传播速度； 光轴：在各向异性的晶体中，有某个特殊方向存在，当光沿这个方向传播时，没有表现出各向异性的特点。 晶体中的o光与e光 单轴晶体：只在一个方向上有两个速度相等的晶体； 可分为两种类型 正单轴晶体（ ＞ ） 负单轴晶体（ ＜ ） 双轴晶体：两个方向上o 光和e光有相同速度的晶体 o光和e光光线在晶体中的传播 在各向同性物体或是光沿各向异性晶体的光轴方向传播时，o 光和e光没有区别；在其他情况下，则有两种类型，一是传播方向不同，传播速度也不同，另一种是传播方向相同但是传播速度不同。 双轴晶体的波矢面 折射率椭球 解析法复杂，几何方法直观 定义及其推导： 假设电磁波在晶体中传播时没有被吸收，则电场能量密度为常 数，在主介电轴坐标系中， 利用n与ε的关系将公式改写为： 这是一个曲面方程，在一般情况下，