光学玻璃的折射率和阿贝abbe

PM 光轴
n2e(2ω) n1e(ω)
PM
n1e(ω)
θm n1o(ω)
n2o(2ω)
(a)
n1o(ω)
n2e(2ω) θm
(b)
n2o(2ω)
概念21：线性电光效应
0 E() ij ij i0j ijkEk
m mkEk
纵向电光效应和横向电光效应，半波电压
概念22：几种重要的光学晶体的特点：BaTiO3, LiNbO3,SBN BNN
第三部分：集成光学材料
概念1：集成光学衬底材料
无源集成光学器件可选用石英，LiNbO3,Si材料作衬 底。 有源集成光学器件只能选用GaAs,InP以及，III-V,II-VI 族直接带隙半导体作为衬底材料。 光电集成器件通常选用半绝缘GaAs, Si等半导体材料 作为衬底。
概念2：硅单晶与砷化镓单晶衬底的特点和各自的优缺点
极大值与极小值往往出现于Na2O /B2O3 =1处，所以硼反常现像是由 于B3+配位数的变化而引起玻璃内部结构骨架变化的反应。
概念7：高折射率，低折射率，高色散，低色散光学玻 璃所对应的玻璃成分：作业，各光学玻璃品牌，折射率 -阿贝图，利用硼反常改性。
概念8：熟悉数种光学玻璃的成分与性能 QK2, K9, ZK（无碱硅酸盐系统），钡火石，特高折射 率玻璃（含重金属氧化物，碲酸盐），特低折射率玻璃 （氟化物系统），红外玻璃，激光玻璃（硅酸盐与磷酸 盐系统）
成分如何影响玻璃色散
引起大色散的玻璃成分：TiO2，PbO 引起低色散的玻璃成分：B2O3， BaO, La离子，P2O5等
概念5：玻璃的光吸收和光散射（重点）
玻璃的光吸收包括：
紫外吸收：电子跃迁，（成键轨道至反键轨道，非桥氧能级， 杂质能级，SiO2的短波长吸收限），玻璃成分如何影响玻璃的紫外
吸收，外体，中间体，形成体，紫外吸收限与玻璃折射率，非线性折 射率之间的关系
原子价相同的阳离子其半径越大（原子核对外层电子吸引力越弱） 则离子极化率越高。阳离子半径增加时不仅其本身极化率上升也提 高了氧离子的极化率，因而促使玻璃分子折射度迅速上升。
玻璃的折射率外场效应
折射率的温度效应：极大多数玻璃在室温以上，温度系数为正。 玻璃的光弹系数：力学特性 玻璃的非线性折射率：光学非线性效应，对应三阶光学非线性极 化率，线性折射率n0与ω1(1/λs)成反比，那么非线性折射率n2(E)应 与紫外本征频率ω21(1/λ2s)成反比。
概念3：光学玻璃的基本组成
冕牌K: R2O-B2O3-SiO2(R代表碱金属)，硼硅酸盐
与铝硅酸盐系统。
火石F: K2O-PbO-SiO2,因原料中含有氧化铅，所
以称为火石玻璃
概念4：玻璃的折射率（成分与折射率之间的关 系，重点）
玻璃的折射率由：分子体积（VM）与分子折射度所决 定。
对原子价相同的的氧化物来说，其阳离子半径越大，玻璃分子体积 就越大。
2.在一定条件能进入网络的中间体氧化物， BeO,B2O3,Al2O3,Ga2O3, TiO2,ZnO,MgO,PbO（可以连 接网络，也能打断网络，关键看游离氧的多少）
3.只能破裂网络的网络外体氧化物， Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, CaO, SrO,BaO, In2O3, Y2O3, La2O3, ZrO2,HfO2
在外电场作用下，自发极化的方向可以逆转或者可以重 新取向的热释电晶体称为铁电晶体。
铁电晶体的电致回线（剩余极化或自发极化，矫顽场）， 居里点与转变温度
概念18：逆介电常数张量，光率体
光率体是逆介电常数的示性面
概念19：晶体的二阶和三阶光学非线性极化率张量
P i(2 )(3 )i( jk 2 )(1 ,2 ,3 )E j(1 )E k (2 )
概念2：光学玻璃的折射率和阿贝（abbe）数
折射率：
nD: 钠D线（589.3nm） nd : 钠光谱d线（587.6nm）
阿贝（abbe）数(平均色散系数)：
D
nD 1 nF nc
nF: F线486.1nm, nC: C线495.8nm, nF-nC平均色散
光学玻璃按照阿贝数 的大小分为冕牌和火 石玻璃两大类，大致 分界线为γD=50。 γD>50冕牌光学玻璃， γD<50火石光学玻璃
在32种点群结构中，只有18种晶类可能为非线性介 质。
概念20：位相匹配 当入射光波的传播速度与二次谐波的传播速度相等 时，二次谐波能够位相一致而相干加强，称为位相 匹配。 根据能量守恒和动量守恒，可得位相匹配的条件为： n1(ω1)=n2(ω2)
单轴晶位相匹配示意图(a)正光性，(b)负光性
光轴
第二部分：光学晶体
概念1：晶胞与单胞
晶格（Lattice）：与原子位置相一致的三维点阵排列 单胞（Unit Cell）：组成晶体的基本结构单元，保持晶体 的结构特性。
概念2：晶系（对称性高低的排列） 可以分为7个晶体系统，分别为： 三斜(Triclinic)，单斜(Monoclinic)， 正交(Orthorhombic)，斜方或三方(Rhombohedral)， 四方(Tetragonal)，六方(Hexagonal) 立方(Cubic)
概念15：压电效应，电致伸缩效应，逆压电效应
P idijk jk(i,j,k1 ,2,3)
压电模量与晶体对称性之间的关系（20)
概念16：热释电效应
Pi piT
在32 种晶类中只有10种极性晶体中才会有热释电现象产 生（C1,C2,C3,C4, C6,m,mm2,3m,4mm,6mm）
概念17：晶体的铁电性质
有机材料与无机材料在发光器件中的性能比较。 小分子与聚合物材料在OLED中的区别。 聚合物材料：PPV, PFO, 芳胺，HTL与ETL材料 小分子：芳胺，Alq3等 沉积方法：spin-coating, ink-jet printing, VTE技术
红外特征吸收：网络振动，阴阳离子质量对于振动频率的影响， 杂质离子（如OH，CO等基团）在红外波段的特征吸收，能够知
道数种红外玻璃的成分。石英，非氧化物，碲酸盐玻璃。
可见吸收：杂质（过渡元素和稀土元素离子，Pt）引起的选择吸 收。稀土离子的吸收带很窄且吸收系数也较小，稀土离子的吸收带常
出现在镧系光学玻璃中。过渡元素离子的吸收带宽而强，如 Fe,Cu,Cr,Mn,Co,Ni等。
State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation
光学材料课程复习
第一部分：光学玻璃
概念1——玻璃的网络生成体、中间体、网络外体
1.能独立形成网络的玻璃生成体氧化物，[SiO4],[GeO4], [PO4],[BO3]（包括形成的四面体、三角体的结构）
玻璃的光散射
宏观的丁达尔散射，密散射；微观的瑞利散射，赫拉曼散射。
概念6：硼反常
如果在硅酸盐玻璃中逐渐增加氧化硼的含量，其性质变化曲线往 往会出现极大或极小值，称为“硼反常”，合理地应用这一反常现 象可以改善玻璃的某些物理化学性质，制得化学稳定性好，热膨胀 系数小，折射率高而色散小的玻璃。
硼反常现象可以解释为玻璃中硼离子配位数的变化所引起。从硼氧 四面体到硼氧三角体的过渡。
概念3：晶向与晶面 作图（等价）
概念4：晶体的对称操作 共有8种基本的点对称要素（1，2，3，4，6, i, m, 4 ），任 何宏观晶体所具有的对称性都是这8种基本对称要素的组合。
概念5：晶体的点群 点群：8种基本对称要素的组合总共只有32种，称为32点群， 任何一种晶体，它的对称性一定属于32种对称型中的一种， 而且只属于一种。
T21
T22
T23 0
(3)
T31 T32 T33
概念9：应力张量，正应力与切应
（i,j=1,2,3）
式中e11,e22,e33分别表示平行于x1,x2,x3方向的单位长度 的伸长，e12表示平行于x2的线单元向x1转动的角度， 其他以此类推。应变张量[Sij]定义为[eij]的对称部分， 即：
S11 S12
Sij S21 S22 S31 S32
SSS13233312 12((ee11e231 1ee3211))
12(e12e21) e22
12(e23e32)
1212((ee1233 ee3312))
e33
概念11：虎克定律与杨氏模量
概念12：介电晶体、压电晶体、 热释电晶体、铁电晶体：
S
ij
k ,l
ijkl
kl
ij
cijkl S kl
k ,l
介电晶体(32) 压电晶体(20) 热释电晶体(10)
铁电晶体
概念13：电极化的本质 电子极化，离子极化，固有电矩极化以及各自与电场频 率的关系
概念14：极化弛豫与介质损耗 弛豫是由于三种极化机制中的一种或数种跟不上电场的 交变所致。极化弛豫将在介质中引起介质损耗，从而使 动态的介电常数与静态的不同，介质损耗指的是电场提 供给介质极化的能量，要消耗一部分转化为热能消耗掉， 而不能变为介质中的极化能。
概念6：张量，对称张量，张量的阶数与晶体对称性的关系
概念7：对称张量的示性面，径矢与法矢
概念8：张量的主轴与主值，主轴与主值的确定方法
3
p i T iq jjq i(i1 ,2 ,3 )
(1 )
j 1
3
(T ij i) jqj0 (i 1 ,2 ,3 )
j 1
(2 )
T11 T12 T13
概念3：有关电光波导调制器的原理、种类、举一二例 （Pockels效应， F-K效应，
概念4：条型负载波导和金属条型负载波导
概念5：砷化镓铝的折射率与禁带宽度，折射率之间的关系 半导体折射率与自由载流子浓度之间的关系。
第四部分：有机发光材料