第30讲电介质的光学性质
第30讲 电介质的光学性质
1折射率与双折射折射率：透明物体的折射率n等于光在真空中的速度c与光在媒质中的速度v之比。c=1/J601l0n=c/v,2=8r80v=1/ Jeu,μ=HOHr其中?和c0以及u和uo分别为媒质和这空的介电常数和磁导率；r和ur为相对介电常数和相对磁导率。μ, = 1, =μ对于非磁性物质CJe, =Ven=则
0 0 0 0 1 1 , , r r c v n c v = = = = = 折射率：透明物体的折射率n等于光在真空中的速度c与光在媒质中 的速度v之比。 对于非磁性物质 0 1 r = = ， 0 r n 则 = = = 1 折射率与双折射 其中ε和ε0以及µ和µ0分别为媒质和这空的介电常数和磁导率； εr和µr为相对介电常数和相对磁导率
色散：晶体的折射率与光的频率（波长）有关，称为色散现象。假定：由于电子质量远小于原子核，近似认为原子核是固定的；电子速度远小于光速，电磁波对原子的作用主要为电厂对电子的作用。把电子在电场力作用下的运动看成是受迫简谐振动，得到折射率n与频率的关系：WWon(w)=1 +2e.m (wg -w)+rw21）当<0o，n（の）随频率的增加而增加（色散）：noe2)当の《00，上式可简化为：n1+折射率n与频率の无关。260m.3）当の=00，电子的振动幅度很大，以至最后摆脱了原子实的束缚，从满带进入导带，发生跃迁。氧化物折射率与禁带宽度关系：n～/1+15/E
色散 ：晶体的折射率与光的频率（波长）有关，称为色散现象。 假定：由于电子质量远小于原子核，近似认为原子核是固定的； 电子速度远小于 光速，电磁波对原子的作用主要为电厂对电子的作用。把电子在电场力作用下的 运动看成是受迫简谐振动，得到折射率n与频率的关系： ( ) ( ) 2 2 2 2 2 0 2 2 0 2 0 0 2 1 w w r w w w m n e n w − + = + 1) 当ω<ω0，n（ω）随频率的增加而增加（色散）； 2 0 2 0 0 1 2 n e n mw 2)当 ω《ω0，上式可简化为： + ，折射率n与频率ω无关。 3)当 ω=ω0，电子的振动幅度很大，以至最后摆脱了原子实的束缚，从满带进入 导带，发生跃迁。 n 1+15 Eg 氧化物折射率与禁带宽度关系：
光率体：晶体折射率的各项异性由光率体表示，其表示沿电位移振动方向的折射率折射率空间分布。门双折射：对应于同一个波前法线方向有二个面偏振的波在晶体中传播，这两个波的传播速度v不同。因此可以把这两个波的c/v值称它们各自的折射率，这一现象被称为双折射。双折射是用这两个波的折射率之差n来表示的
双折射：对应于同一个波前法线方向有二个面偏振的波在晶体中 传播，这两个波的传播速度v不同。因此可以把这两个波的c/v值称 它们各自的折射率，这一现象被称为双折射。双折射是用这两个 波的折射率之差δn来表示的。 光率体：晶体折射率的各项异性由光率体表示，其表示沿电位移振 动方向的折射率折射率空间分布。 2 2 2 1 2 3 222 1 2 3 1 x x x nnn + + =
2热光效应热光效应：温度发生变化时，晶体的光学参数、折射率n和双折射An均发生很大变化，称为热光效应。通常最强烈的热光效应出现在相变附近。例如：由铁电相转变为非铁电相。>光学性质随温度的强烈变化常常只发生在某一特定的温度范围内。>并且双折射的变化比折射率的变化明显。>热光效应通常是由于温度引起的光率体半轴长度变化或光率体旋转
热光效应：温度发生变化时，晶体的光学参数、折射率n和双折 射Δn均发生很大变化，称为热光效应。 ➢ 通常最强烈的热光效应出现在相变附近。例如：由铁电相转 变为非铁电相。 ➢光学性质随温度的强烈变化常常只发生在某一特定的温度范围 内。 ➢并且双折射的变化比折射率的变化明显。 ➢热光效应通常是由于温度引起的光率体半轴长度变化或光率体 旋转。 2 热光效应
3电光效应电光效应：外加电场所造成的晶体折射率的变化称电光效应。电场E.对晶体折射率的影响可用一个幂极数表示：n = n° +aE。 + bE? +.....>线性电光效应（Pockels效应）：由电场的一次线性项造成的折射率的变化。一次电光效应只能出现在不具有对称中心的晶体中。>二次电光效应（Kerr效应）：由电场的二次平方项造成的折射率的变化。二次电光效应存在于任何物体中
电光效应：外加电场所造成的晶体折射率的变化称电光效应。 电场E0对晶体折射率的影响可用一个幂极数表示： n = n 0 + aE0 + bE0 2 + ➢线性电光效应（Pockels效应）：由电场的一次线性项 造成的折射 率的变化。一次电光效应只能出现在不具有对称中心的晶体中。 ➢二次电光效应（Kerr效应）：由电场的二次平方项 造成的折射率 的变化。二次电光效应存在于任何物体中。 3 电光效应
7.4弹光效应弹光效应（压光效应）：弹性应变使晶体的折射率发生变化的现象。如果晶体弹性应变是由晶体内部通过压电效应产生的或从外部施加在晶体上的声波造成的，则这现象被称为声光效应。如果沿着晶体的主轴方向施加单轴应力，且光波的电位移量也沿着晶体的主轴方向，则折射率与应力的关系也可用一个幂极数表示：n=n°+a X+bX? +.....由于应力相反时（如从张应力变成压应力），晶体内部离子的相对位置不同，因而具有对称中心的晶体，虽然没有一次电光效应，却会产生次弹光效应
弹光效应（压光效应）：弹性应变使晶体的折射率发生变化的现象。如 果晶体弹性应变是由晶体内部通过压电效应产生的或从外部施加在晶体 上的声波造成的，则这现象被称为声光效应。 如果沿着晶体的主轴方向施加单轴应力X，且光波的电位移矢量也沿 着晶体的主轴方向，则折射率与应力的关系也可用一个幂极数表示： n = n 0 + a ' X + b ' X 2 + 由于应力相反时（如从张应力变成压应力），晶体内部离子的相对位 置不同，因而具有对称中心的晶体，虽然没有一次电光效应，却会产生一 次弹光效应。 7.4 弹光效应
7.4.非线性光学效应非线性光学效应：透明介质材料在一般光线的作用下，折射率与光强无关。光是一种电磁波，普通光的电场强度均为102v/m，若光强很高，如采用高功率激光，电场强度达108S10%/m以上，则某些材料的折射率便不是常数，材料中的束缚电子在激光的高场强度作用下，将产生很大的非线性，材料的极化强度P不再与电场强度E成正比，而要用E的幂级数来表示：P, =ni,E, +nikE,Ek +nuE,EkEn是二阶张量，表示正常的线性极化率。n派是三阶张量，代表二阶非线性效应，只有非中心对称的晶体才能出现非线性光学效应。nik是四阶张量，代表三阶非线性效应
非线性光学效应：透明介质材料在一般光线的作用下，折射率与光强无 关。光是一种电磁波，普通光的电场强度均为102v/m，若光强很高，如 采用高功率激光，电场强度达108∽109v/m以上，则某些材料的折射率 便不是常数，材料中的束缚电子在激光的高场强度作用下，将产生很大 的非线性，材料的极化强度P不再与电场强度E成正比，而要用E的幂级 数来表示： Pi =i jEj +ijkEj EK +ijklEj EK El ηij是二阶张量，表示正常的线性极化率。 ηijk是三阶张量，代表二阶非线性效应,只有非中心对称的晶体才能 出现非线性光学效应。 ηijkl是四阶张量，代表三阶非线性效应。 7.4 非线性光学效应
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