《光电子技术基础》(第二版)朱京平Chap
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– 所选择的平行六面体应该能够反映整个空间点阵的对称性，以及 平行六面体的对称性应与空间点阵的对称性一致。
– 平行六面体上棱与棱之间的直角关系应力求最多。 – 平行六面体的体积应最小
c(z)
1
b(y)
ki a(x)
• 晶胞常数
– 用来描述晶体学原胞的三个棱长a0、b0、c0以 及它们之间的夹角、、这六个参数
• 目的
– 对所需处理的信号或被传输的信息作某种形式的变换， 使之便于理解、传输和检测
• 光调制器：
– 利用光和物质相互作用所产生的效应来控制光波的强 度或相位的器件
二 、光调制分类
调制位置
内调制(直接调制) 外调制(间接调制)
电光调制 声光调制
物理效应
磁光调制 其他 (如:电吸收调制)
调制形式
模拟调制 数字调制 脉冲调制
指晶体的几何形态由于晶体内部结构在某些不 同方向或在同一方向的不同位置存在着有规则 的重复性。
6. 最小内能性（长程有序性）
晶体内部规则排列的质点间引力与斥力平衡， 所有质点均处于平衡位置，形成一种规则排列 的长程有序结构。此时，无论使质点间的距离 增大或减小都将导致相对势能的增加，因而晶 体具有最小的内能。
– 典型表现：
解理：晶体受力后破裂总沿一个确定方向发生
双折射：当一束光射入某些晶体时，出射光会分为两 束偏振方向不同的光，向两个方向折射。
– 标志晶体中光波传播的相速度与光的偏振状态与光的传 播方向有关。对于一定的传播方向，一般有两个可能的 相速度值，它们相应于光波的两种互相正交的偏振态。
5. 对称性
• 配位数：
– 晶格点阵中某一格点相邻的格点数。 – 面心立方格子配位数12，体心立方格子为14。
• 原子致密度：
– 晶体内原子所占体积和晶胞总体积之比。 – 面心立方格子致密度0.74，体心立方格子0.68。
5.1.2晶体的基本性质
1. 自限性
指晶体自发形成封闭凸几何多面体的能力。 晶面、晶棱、顶点间关系：晶面数+顶点数=晶棱数+2
➢利用KDP晶体在电场作用下的双折射效应 也可以制作电光调制器；
➢利用Pokels效应也可以制作电光调制器；
➢利用超声波作用下介质折射率周期性变化 的声光效应可以制作声光调制器；
➢利用法拉第效应可以制作磁光调制器与光 隔离器。
➢利用强磁场中激光的Zeeman效应可以进行 超细光谱分析与激光稳频。
5.1晶体光学基础
于是，
Pi ij 0 E j
P1
11 12 13 E1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
P2 0 21 22 23 E2
P3
31
32
E 33
2. 晶面角守恒
同一品种晶体不论其外形如何，晶面间交角总是确定的
3. 均匀性
指晶体在不同位置上具有相同的物理性质。 晶格中所有格点都在三维空间以原胞为单位周期性排列 ——每个原胞周围的格点情况均一样——均匀性
4. 各向异性
– 指晶体的宏观性质随观察方向的不同而不同。
– 本质：晶体沿不同晶轴方向晶格常数不同， 即：晶格中各向格点的排列方式不同
—体现：晶体具有一定的熔点、凝固点
5.2光在晶体中的传播
5.2.1晶体的极化率与介电系数
介质极化强度P与入射光强度 E：
P 0 E
晶体在不同方向上的极化率 不同，P不再与E同向，
表现为极化率 成为二阶张量，具有九个分量：
11 12 13 21 22 23
31 32 33
第五章 光调制技术----光信息系统的 信号加载与控制
5.1 晶体光学基础 5.2 光在晶体中的传播 5.3 电光调制 5.4 声光调制 5.5 磁光调制
• 光调制
– 通过改变光波的振幅、强度、相位、频率或偏振等参 数，使传播的光波携带信息的过程。
• 功能
– 在光通信系统中实现从电信号到光信号的转换
晶体构造示意图 (a)金刚石结构（Ge、Si晶体） (b) 闪锌矿结构（GaAs晶体）
• 晶格
– 点阵：
• 基元用结点代替，则晶体可看成一些相同结点在空 间有规则周期性无限分布形成的集合，称点阵。
– 晶格
• 通过点阵中的结点可以做许多平行的直线簇和平行 的平面簇，构成一种格子结构，称为晶格，
– 格点
• 晶格中的结点就成为晶格中格点。
• 晶胞
– 晶格中以一个格点为顶点、其上发出的三个基本平移 矢量a、b、c为三个相邻棱边，形成一个平行六面体— —晶体的基本重复单元：晶体学原胞，简称晶胞
– 平移矢量代表晶胞棱边的长与取向，晶棱长即平移矢 量应为该取向上的最小重复长度，称为晶胞的周期。
• 选择原则
• 晶格常数与晶轴
– a0、b0、c0称为晶体原胞的晶格常数，其方向 代表晶轴方向。
c(z)
1
b(y)
ki a(x)
• 晶面 晶体点阵可从各个方向划分成许多组平行且
等距离的平行点阵，这些平行点阵所处的 平面称为晶面，晶面方向由密勒指数（hkl） 标记，h、k、l是互质的整数，其比有关系：
h:k:l 1 : 1 : 1 h k l
其中，、、为晶面与晶轴相交的截距。
h' k' l'
七大晶系、十四种布拉菲格子、三大晶族
• 七大晶系
– 根据晶胞常数的特点，可将晶体分为七种类型
• 布拉菲格子
– 每一晶系由可以按照节点在其中的分布规律再 细分成四种可能形式的晶格。布拉菲证明这28 种形式中，只能有14种独立的空间格子
– 低级晶族：无高次旋转轴的晶体 – 中级晶族：有一个高次旋转轴的晶体 – 高级晶族：有一个以上高次旋转对称轴的晶体
• 空间点阵学说与空间群理论结合，形成了 近代关于晶体几何结构的完备理论 。
5.1.1晶体结构与基本概念 ➢ 晶体
– 组成物质的微粒（原子、分子或离子）或微粒群在空
间按照一定的规则周期性排列形成的一种晶态固体。
➢ 基元
– 构成晶体的无限重复的微粒或粒子群，是晶体的基本 结构单元，称为基元。
晶体实物图
振幅调制
调制光波的参量 相位调制
偏振调制
• 内调制
– 将调制信号直接注入激光器，从而改变输出激 光的参数的调制方式
• 外调制
– 在激光谐振腔以外的光路上放置调制器，将待 传输信号加载到调制器上，使输出光的特性随 信号而变的调制方式
➢1875年，英国的Kerr发现了电光效应中的 Kerr效应，利用这一效应制作的Kerr盒是一 种用途广泛的电光调制器；
– 平行六面体上棱与棱之间的直角关系应力求最多。 – 平行六面体的体积应最小
c(z)
1
b(y)
ki a(x)
• 晶胞常数
– 用来描述晶体学原胞的三个棱长a0、b0、c0以 及它们之间的夹角、、这六个参数
• 目的
– 对所需处理的信号或被传输的信息作某种形式的变换， 使之便于理解、传输和检测
• 光调制器：
– 利用光和物质相互作用所产生的效应来控制光波的强 度或相位的器件
二 、光调制分类
调制位置
内调制(直接调制) 外调制(间接调制)
电光调制 声光调制
物理效应
磁光调制 其他 (如:电吸收调制)
调制形式
模拟调制 数字调制 脉冲调制
指晶体的几何形态由于晶体内部结构在某些不 同方向或在同一方向的不同位置存在着有规则 的重复性。
6. 最小内能性（长程有序性）
晶体内部规则排列的质点间引力与斥力平衡， 所有质点均处于平衡位置，形成一种规则排列 的长程有序结构。此时，无论使质点间的距离 增大或减小都将导致相对势能的增加，因而晶 体具有最小的内能。
– 典型表现：
解理：晶体受力后破裂总沿一个确定方向发生
双折射：当一束光射入某些晶体时，出射光会分为两 束偏振方向不同的光，向两个方向折射。
– 标志晶体中光波传播的相速度与光的偏振状态与光的传 播方向有关。对于一定的传播方向，一般有两个可能的 相速度值，它们相应于光波的两种互相正交的偏振态。
5. 对称性
• 配位数：
– 晶格点阵中某一格点相邻的格点数。 – 面心立方格子配位数12，体心立方格子为14。
• 原子致密度：
– 晶体内原子所占体积和晶胞总体积之比。 – 面心立方格子致密度0.74，体心立方格子0.68。
5.1.2晶体的基本性质
1. 自限性
指晶体自发形成封闭凸几何多面体的能力。 晶面、晶棱、顶点间关系：晶面数+顶点数=晶棱数+2
➢利用KDP晶体在电场作用下的双折射效应 也可以制作电光调制器；
➢利用Pokels效应也可以制作电光调制器；
➢利用超声波作用下介质折射率周期性变化 的声光效应可以制作声光调制器；
➢利用法拉第效应可以制作磁光调制器与光 隔离器。
➢利用强磁场中激光的Zeeman效应可以进行 超细光谱分析与激光稳频。
5.1晶体光学基础
于是，
Pi ij 0 E j
P1
11 12 13 E1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
P2 0 21 22 23 E2
P3
31
32
E 33
2. 晶面角守恒
同一品种晶体不论其外形如何，晶面间交角总是确定的
3. 均匀性
指晶体在不同位置上具有相同的物理性质。 晶格中所有格点都在三维空间以原胞为单位周期性排列 ——每个原胞周围的格点情况均一样——均匀性
4. 各向异性
– 指晶体的宏观性质随观察方向的不同而不同。
– 本质：晶体沿不同晶轴方向晶格常数不同， 即：晶格中各向格点的排列方式不同
—体现：晶体具有一定的熔点、凝固点
5.2光在晶体中的传播
5.2.1晶体的极化率与介电系数
介质极化强度P与入射光强度 E：
P 0 E
晶体在不同方向上的极化率 不同，P不再与E同向，
表现为极化率 成为二阶张量，具有九个分量：
11 12 13 21 22 23
31 32 33
第五章 光调制技术----光信息系统的 信号加载与控制
5.1 晶体光学基础 5.2 光在晶体中的传播 5.3 电光调制 5.4 声光调制 5.5 磁光调制
• 光调制
– 通过改变光波的振幅、强度、相位、频率或偏振等参 数，使传播的光波携带信息的过程。
• 功能
– 在光通信系统中实现从电信号到光信号的转换
晶体构造示意图 (a)金刚石结构（Ge、Si晶体） (b) 闪锌矿结构（GaAs晶体）
• 晶格
– 点阵：
• 基元用结点代替，则晶体可看成一些相同结点在空 间有规则周期性无限分布形成的集合，称点阵。
– 晶格
• 通过点阵中的结点可以做许多平行的直线簇和平行 的平面簇，构成一种格子结构，称为晶格，
– 格点
• 晶格中的结点就成为晶格中格点。
• 晶胞
– 晶格中以一个格点为顶点、其上发出的三个基本平移 矢量a、b、c为三个相邻棱边，形成一个平行六面体— —晶体的基本重复单元：晶体学原胞，简称晶胞
– 平移矢量代表晶胞棱边的长与取向，晶棱长即平移矢 量应为该取向上的最小重复长度，称为晶胞的周期。
• 选择原则
• 晶格常数与晶轴
– a0、b0、c0称为晶体原胞的晶格常数，其方向 代表晶轴方向。
c(z)
1
b(y)
ki a(x)
• 晶面 晶体点阵可从各个方向划分成许多组平行且
等距离的平行点阵，这些平行点阵所处的 平面称为晶面，晶面方向由密勒指数（hkl） 标记，h、k、l是互质的整数，其比有关系：
h:k:l 1 : 1 : 1 h k l
其中，、、为晶面与晶轴相交的截距。
h' k' l'
七大晶系、十四种布拉菲格子、三大晶族
• 七大晶系
– 根据晶胞常数的特点，可将晶体分为七种类型
• 布拉菲格子
– 每一晶系由可以按照节点在其中的分布规律再 细分成四种可能形式的晶格。布拉菲证明这28 种形式中，只能有14种独立的空间格子
– 低级晶族：无高次旋转轴的晶体 – 中级晶族：有一个高次旋转轴的晶体 – 高级晶族：有一个以上高次旋转对称轴的晶体
• 空间点阵学说与空间群理论结合，形成了 近代关于晶体几何结构的完备理论 。
5.1.1晶体结构与基本概念 ➢ 晶体
– 组成物质的微粒（原子、分子或离子）或微粒群在空
间按照一定的规则周期性排列形成的一种晶态固体。
➢ 基元
– 构成晶体的无限重复的微粒或粒子群，是晶体的基本 结构单元，称为基元。
晶体实物图
振幅调制
调制光波的参量 相位调制
偏振调制
• 内调制
– 将调制信号直接注入激光器，从而改变输出激 光的参数的调制方式
• 外调制
– 在激光谐振腔以外的光路上放置调制器，将待 传输信号加载到调制器上，使输出光的特性随 信号而变的调制方式
➢1875年，英国的Kerr发现了电光效应中的 Kerr效应，利用这一效应制作的Kerr盒是一 种用途广泛的电光调制器；