光电功能材料知识点剖析

知识点补遗1，光电功能材料按物质分类答：根据材料的物质性进行分类：金属功能材料；无机非金属功能材料；有机功能材料；复合功能材料。

2，晶体的主要特征有哪些？答：晶体在宏观上的基本特性：自范性、均一性、对称性、异向性、稳定性。

自范性：是指晶体具有自发地形成封闭的几何多面体外形，并以此为其占有空间范围的性质。

均一性：晶体在它的各个不同部分上表现出相同性质的特性，是晶体内部粒子规则排列的反映。

异向性：晶体内部粒子沿不同方向有不同的排列情况，从而导致在不同方向上表现出不同的宏观性质。

对称性：晶体的性质在某一方向上有规律地周期的出现稳定性：3，介电晶体的效应有哪些？分别有多少个点群？答：（1）压电效应：压电模量，三阶张量，非中心对称晶体。

（2）电致伸缩效应：电致伸缩稀疏，四阶张量，所有晶体。

（3）热释电效应：热释电稀疏，一介张量，极性晶体，可自发计划。

（4）铁电晶体：自发极化能随外加电场改变的晶体。

各种介电晶体（数字表示此类性质的晶类数）：压电效应：晶体在受到机械应力的作用时，在其表面上会出现电荷，成为正压电效应。

应力是二阶对称张量，其两个下标可以对调，压电模量是三阶张量，从而导致压电模量中的后两个下标可以对调，此时压电效应可以写成：逆压电效应：当电场加到具有压电效应的晶体上时，晶体将发生应变。

电致伸缩效应当作用在晶体上的电场很强时，晶体的应变与电场不是线性关系，必须考虑平方项，引起应变中的平方项称为电致伸缩效应。

，iljkV 成为电致伸缩系数。

热释电效应晶体在温度发生变化时，产生极化现象，或其极化强度发生变化，称为热释电效应。

当温度较小时，晶体极化强度变化与温度为线性关系。

电热效应：热释电效应的逆效应，即将某种热释电晶体置于电场中，会观察到温度变化。

热释电材料主要用于红外探测。

晶体的铁电性质在外场的作用下，自发极化的方向可以逆转或可以重新取向的热释电晶体。

铁电晶体的分类：(1)无序-有序型铁电晶体（软铁电体） (2)位移型铁电体（硬铁电体）：含有氧八面体构造基元者，也称钙铁矿型铁电体，如铌酸锂、钛酸钡等。

铁电体的宏观特性：(1)电滞回线：铁电体和非铁电体的判据。

非铁电晶体：P-E 关系为线性的。

铁电晶体：P-E 存在电滞回线。

(2)居里温度：晶体的铁电性质在一定的温度范围内存在，如钛酸钡晶体，温度低于120摄氏度是铁电项，高于120摄氏度铁电性消失。

实际上是一个相变过程。

部分铁电晶体没有居里温度点，因为未达到相变温度时晶体已经溶解。

4，光率体的表达式和特征，三个轴与椭球截距的意义，折射率面，不沿主轴方向，通过晶体后引起的光程差的判定。

答：上册P-315，晶体的非线性光学——香味匹配条件以及实现相位匹配的途径（一种） 答：当激光的光强较强时，其通过物质时，物质内部极化率的非线性响应会对光波产生反作用，可能产生入射光波在和频和差频处的谐波，这种与强光有关不同于非线性光学现象的效应称为非线性效应。

混频效应：和频、差频当作用于晶体的光场包含两种不同的频率ω1和ω2时，就会产生第三种频率ω3的光， ω3 =ω1 +ω2相加的称为和频，ω3 =ω1 −ω2相减的称为差频。

位相匹配：在二级非线性极化的倍频过程中，入射光波在它经过的各个地方产生二次极化波，各个位置的二次极化波都发射出二次谐波，这些二次谐波在晶体中传播并相互于涉，相互干涉的结果，就是在实验中观察到的二次谐波强度．这个强度与这些二次谐波的位相差有关．如果位相差为零，即各个二次谐波的位相一致，则相干加强，我们就能观察到产生的二次谐波．反之，则相干相消，我们就观察不到二次谐波。

只有当入射光波的传播速度与二次谐波的传播速度相等时，二次谐波才能位相一致而相干加强，这种情况就称为位相匹配。

位相匹配条件：根据能量守恒，倍频过程中其基频光和倍频光应满足：1112==2=ωωωω和动量守恒12122k k k k ===，又因为n k K c ω=。

所以：11222111222122()()(2)n n n n n n ωωωωωω====11()n ω是基频光的折射率，22()n ω为倍频光的折射率，上式即为位相匹配条件。

这表明， 要在光传播方向产生倍频效应， 基频光和倍频光的折射率必须相等。

由于几乎所有物质在光频范围内都有正常色散， 倍频光的相速度一般落后于基频光。

因此，在光学各向同性的立方晶体(如23， 43m 晶类)中， 要使基频光和倍频光速度相同， 在原理上是不可能的(反常色散情况下有例外)但对于各向异性晶体， 由于有自然双折射， 则有可能在某些特定方向上， 基频光和倍频光有相等的速度和折射率．实现相位匹配的途径： （1）角度相位匹配角度位相匹配就是控制光波在晶体中其一特定方向(θ， ϕ)上传播， 该方向应满足相位匹配条件。

利用折射率面的色散可以很方便的找到这个特定方向。

画出了负单轴晶体的基频光折射率面(实线)和相倍频光折射率面(虚线)。

其中倍频的e 光面与基频的o 光面相交于M 点。

显然OM 方向就是满足位相匹配方向。

（2）温度相位匹配对于某些晶体，例如LiNbO3、 KDP 等，它们的ne 比no 随温度变化快得多。

利用这一特性，在θm ＝90o 的条件下就有可能通过适当调节温度实现位相匹配。

6，电光系数的计算，m3m 、4mm 、3m 点群在电场下的折射率改变(电场最多是两个方向的和矢量)答：在外加电场的作用下，晶体折射率发生变化的现象称为电光效应。

电光效应的产生是由外加低频电场的作用时，改变了介质内电子极化引起的。

在有些晶体中折射率（或逆介电张量β）的变化仅与外加低频电场E 成正比，即普克尔效应（线性电光效应），β是二阶张量，E 是一阶张量，在直角坐标系选在与晶体对称轴一致时，外加低频电场E 时，线性电光效应描述为：011112131102212223221033132333324414243435515253566162636E E E βγγγβββγγγβββγγγβββγγγββγγγββγγγβ∆⎡⎤-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆-⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦KDP 晶体：42m 晶类，其电光系数矩阵为：414161000000000000000γγγ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦7，KDP 晶体的纵向电光效应（63γ的横向电光效应）（二次电光效应m3m 点群，弹光效应也是m3m 点群） 答： 上册：P—6243m 、432和m3m 晶类的弹光效应111121212121112312121144454464400000000000=000000000000000000βπππσβπππβπππβπβπβπ∆⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎣⎦⎣⎦⎣⎦23和m3晶类的弹光效应：设x1方向加单向应力，则得：111121312121112313121144454464400000000000=000000000000000000βπππσβπππβπππβπβπβπ∆⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 8，声光调制的原理（了解热光和旋光效应） 答：9，电光开关，设计“KDP 晶体+起偏/检偏器”的电光开关/电光调制器 答：10，连续型电光偏转器的原理 答：11，常见的生长KLTN 晶体的方法及优缺点 答：顶部籽晶助熔剂法生长优点：热应力小，完整性高，防止埚壁寄生成核，光学质量好 缺点：生长速度缓慢 逐步冷却自发成核法优点：生长晶体组分均匀、光学质量好、消耗时间短、设备简单、无需人守候 缺点：不能生长出足够大的晶体，限制了晶体的应用 微下拉法优点：生长质量均匀，生长速度快，便于观察晶体生长情况 缺点：不能生长出足够大的晶体，限制了晶体的应用顺电项KLTN 属于立方晶系，m3m 点群，在外电场的作用下，二次电光效应：211112121221211122231212113444235441364412000000000=00000000000s s s E s s s E s s s E s E E s E E s E E ββββββ∆⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦12，什么是超材料？超材料的三个重要特征答：一般认为超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。

（1）超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；（2）超材料具有超常的物理性质（往往是自然界的材料中所不具备的）；（3）超材料性质往往不主要决定于构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。

13，影响高分子材料的导电因素（隐身） 答：（1）掺杂率。

掺杂率小时，电导率随着掺杂率的增加而迅速增加；当达到一定值后，随掺杂率增加电导率变化很小，此时为饱和掺杂率。

（2）共轭链长度。

π电子运动的波函数在沿着分子链方向有较大的电子云密度，并且随着共轭链长度的增加，这种趋势更加明显，导致聚合物电导率的增加。

（3）温度。

对金属晶体，温度升高引起的晶格振动阻碍其在晶体中的自由电子运动；而对于聚乙炔，温度的升高有利于电子从分子热振动中获得能量，克服其能带间隙，实现导电过程。

14，光致发光的激发过程，+3价稀土离子的发光特点，+2价稀土离子的光谱特性。

答：发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。

晶体中离子的发射光谱的能量均低于吸收光谱的能量，并且是宽带谱。

一般说来，发光固体吸收了激活辐射的能量hν，发射出能量为hν’的光，而ν’总小于ν，即发射光波长比激活光的波长要增大λ’>λ。

激发过程：电子从基态能级A跃迁到激发态的较高能级 B 产生一个活性中心。

这个过程体系能量从A垂直上升到B。

但在激发态，由于离子松弛，电子以热能形式散射一部分能量返到新激发态能级C 形成新的活性中心。

那么，发光过程就是电子从活化中心 C 回到原来基态A或D。

显然，激活过程能量ΔEAB>ΔECA或ΔECD。

发光“热淬灭”效应在E点，激发态的离子在能量不改变的情况下就可以回到基态，然后再通过一系列的改变振动回到基态的低能级上去。

因此，E 点代表一个“溢出点”。

如果这样，全部能量就都以振动能的形式释放出来，因而没有发光产生。

显然，E 点的能量是临界的。

一般说来，温度升高，离子热能增大，依次进入较高振动能级，就可能达到E 点。

在上述热淬灭现象的那种情况中，激发离子通过把振动能传递给环境——基质晶格，而失了其剩余的能量，返回到较低的能级上。