第七章信息处理材料

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KDP型晶体
包括磷酸二氢钾、磷酸二氘钾（KD*P）、磷酸二氢铵 （ADP）、砷酸二氢铯（CDA）、砷酸二氘铯（CD*A）、 砷酸二氢铷（RDA）、α-石英等。 KD*P: 光学均匀性好，在0.19~2.58μm波段透过率高， 容易获得大尺寸。 缺点：易潮解
立方钙钛矿型晶体
包括钽铌酸钾（KTN）、钛酸钡（BaTiO3）、钛酸锶 （SrTiO3）等。
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电光材料－材料应用
如果在电光晶体上施加一个电压，由于电光效应 使光的振动方向发生偏转，于是开始有光输出。 随着施加电压大小的改变，光输出的大小也在变 化。当所加电压调到某一电压值使光振动方向偏 转到水平方向时，光输出达到最大，相当于快门 全部打开。这个电压称为半波电压。当晶体上施 加的电压为半波电压时，纵向振动的平面偏振光 通过晶体后，变成了水平振动的平面偏振光，从 而顺利地通过检偏片成为输出光。
具有钙钛矿型结构 PLZT：指掺La的锆钛酸铅陶瓷，具 PLZT陶瓷材料可通过控制材料组成，自由地 有电光效应。在铁电陶瓷中，电畴状 调整其电光性质。由于陶瓷材料很容易制成任意形 态的变化伴随着光学性质的改变，通 状和大小的元件，故适合于大量生产和加工。与电 过外加电场对透明陶瓷电畴状态的控 制，可有电控双折射{细晶陶瓷}和电 光晶体相比，价格便宜，是一种性能优良的材料。 14 2018/11/2 控光散射{粗晶陶瓷}等特性。
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电光材料－电光效应
物质的光学特性受电场影响而发生变化的现象统 称为电光效应。外加电场可以使单折射物质（光学 各向同性）变为双折射物质（光学各向异性），也 可使本来就具有双折射的物质进一步改变其各向异 性性质，这类现象都属于电光效应。其中物质的折 射率受电场影响而发生改变的电光效应分为普克尔 效应和克尔效应。
电光材料－材料应用
电光效应最重要的应用是作电光快门。 从光源发出的自然光通过起偏片变成纵向振动的线偏振 光，如果电光晶体没有受外电场作用，这束偏振光通过晶体 时将不发生振动方向的偏转，即仍是纵向振动的线偏振光。 但检偏片只允许水平振动的偏振光通过，纵向振动的偏振光 不能通过，因而此时没有光输出．相当快门关闭。
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电光材料－材料举例
电光材料要求：电光系数大、折射率高、半波电 压低、介电常数小（减小高频损耗）、使用的光 波段透光性好、温度稳定性好和化学稳定性好。

电光材料大部分是晶体，它们最重要的用途 是用于制造光调制元件及用于光偏转、可变谐振 滤波和电场的测定等方面。
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光调制分类
振幅调制 机械调制
按载波被信号 频率调制 改变的参量 位相调制
脉冲调制
电光调制
调制方法
磁光调制
声光调制 电源调制
内调制： 在激光振荡过程中加载调制信号
调制器与激 光器的关系
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外调制：激光形成以后加载调制信号
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光调制材料
当激光束通过某些光学介质的时候，光 学介质的光学性质（如折射率）会发生显著 的变化，从而使通过介质的激光束的某些特 性（如相位）随之变化。这种能使激光束实 现调制的光学介质称为光调制材料。 根据不同的调制机理，光调制材料分为： 电光材料、磁光材料、声光材料和热光材料 等几种。
优点: 二次电光系数大，Vλ/2值低，不吸潮。 缺点：不易获得大尺寸，光损伤阈值低。
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铁电性钙钛矿型晶体
包括铌酸锂（LiNbO3）、钽酸锂（LiTaO3）等。 优点: 电光系数大，易生长大尺寸，居里点高。 缺点： Vλ/2值高，光损伤阈值低。
闪锌矿型晶体
包括ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、CuCl和Se等。 用于中远红外的电光器件。
第七章 信息处理材料
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电光调制材料


声光调制材料
磁光调制材料
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激光调制技术
激光作为传递信息的有效工具，首先要解决的 问题就是如何将信息加载到激光辐射上去，也 就是要解决激光调制的问题。 • 激光调制：把欲传输的信息加载到激光辐射上的过程 • 激光调制器：完成激光调制过程的装置 • 解调：由已调制的激光辐射还原出所加载信息的过程 • 载波：携载低频信号作用的激光 • 调制信号：低频信号 • 调制光：已被调制的激光
研究表明，材料的折射率与所加电场E之间的 关系可以表示为
n=n0+aE+bE2+…
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其中n0为没加电场E时的折射率，a，b是常数。
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电光材料－电光效应
折射率的变化同电场强度有直线关系，称为普克尔 效应。 △n=n-n0=aE 如图所示，当压电晶体受 光照射并在与入射光垂直 的方向上加上高电压时， 晶体将呈现双折射现象， 这种现象称为普克尔效应。
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电光材料－电光效应
如果折射率的变化同电场平方有直线关系则称 克尔效应。 △ n= n-n0=bE2
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它与普克尔效应的差别除表现在电场与物质 折射率的变化成二次方关系外，还表现在所用 的材料不是压电晶体，而是各向同性物质(有 时是液体)。
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具有对称中心的晶体，式（1-1）中的奇次项为零， 只存在偶次项； 不具有对称中心的晶体，式（1-1）中的所有各项均 不为零。
这就是说，一次电光效应只存在于不具有对称中心 的20类点群中（432点群不具有对称中心，但因对称 性较高，仍无一次电光效应），故压电晶体一定具 有一次电光效应，而二次电光效应则存在于一切透 明介质中。
一次电光效应比二次电光效应显著的多，对于压电晶 体总是用其一次电光效应，利用二次电光效应的材料 主要是立方晶系材料和某些液体（如硝基苯）。它们 不具有一次电光效应，但二次电光效应较大。
钨青铜型晶体
包括Sr0.75Ba0.25Nb2O6（SBN）、K3Li2Nb5O15（KLN）等。 优点: 半波电压低、光损伤阈值高。 缺点： 组分不易控制，难以得到优质单晶。
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主要电光晶体及其性质
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电光材料－材料举例
陶瓷是将金属氧化物为主的粉末置于高温下烧 结而成的，它的显微结构由细小的晶粒所构成，由 于晶界的光散射，一般是接近于白色的不透明体。 但近年来由于陶瓷制造工艺的发展，出现了热压法、 微细粉末精制法等，可制成更致密的陶瓷，以及随 着添加剂研究的进展，成功地研制出致密的、可控 锆钛酸铅通常简称PZT陶瓷，属二元 系，是PbZrO3和PbTiO3PLZT 的固溶体， 制光的界面散射的透光性陶瓷，其代表是 陶瓷。