光子学与光电子学原理与应用－晶体光学

1、光子学与光电子学原理与应用晶体光学为什么要学习晶体光学？在现代光学技术领域，特别是激光技术领域大量的使用天然或者人工的晶体制成的元器件；这些器件的工作原理涉及晶体很多特性，其中主要研究与晶体光学性能有关的特性；重点研究晶体结构对晶体光学特性的影响及其应用。什么是晶体光学？研究光波在自然及人工晶体介质中的传播规律、物理现象和应用原理。课程简介： 本课程是光电子技术专业技术基础课。课程主研究晶体类别、晶体性质的数学描述以及晶体的非线形效应等基础知识，为后续课程的学习和奠定理论基础。课程时间：4-11周考察形式：闭卷考试（ 70）平时（30）参考书目：晶体光学，李家泽，北京理工大学出版社，1988

2、晶体物理，蒋民华，山东科学技术出版社，1980 第一章 晶体学基础 本章涉及一些重要的基本概念，这些概念在整个晶体光学中都经常出现, 请大家认真掌握。晶体的基本概念晶体构造的点阵理论和晶系划分晶体的对称性晶体中晶棱晶面方向的标记晶体的基本概念什么是晶体？你知道哪些？还有很多: 水晶、食盐、冰糖.生活中很多是晶体：？ 矿物几乎全是晶体各类宝石人造晶体晶体 具有格子构造的固体, 或内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。 如何理解?格子构造(空间点阵)是什么? 内部质点？即晶体内部的质点排列具有周期性晶体的基本概念基本概念空间格子或空间点阵阵点或结点空间格子中的等同点行列和结点间距结点在一维方向

3、上的排列。空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向。行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距 。面网， 面网密度和面网间距结点在平面上的分布构成面网 。一个二维的面网上，单位面积内的结点数目称为面网密度。任意两个相邻面网的垂直距离称为面网间距。平行六面体和单位晶胞晶体的基本概念一维点阵面 网在几何结晶学中，把晶体内部的原子、离子或原子集团等结构基元(等同点）抽象成几何的点，实际晶体就可以用三维点阵代替，晶体的结构可以看成是由几何点阵组成的具有空间格子构造的固体 。空间格子导出空间格子的方法 首先在晶体结构中找出等同点，再将相当点按照一定的规律连接起来就形成了空间格子。 等同点（两个条

4、件：1、性质相同，2、周围环境相同。）可以认为具体的晶体结构是多套空间格子组成的，见图。 具体的晶体结构是多种原子、离子组成的，使得其重复规律不容易看出来，而空间格子就是使其重复规律突出表现出来。空间格子仅仅是一个体现晶体结构中的周期重复规律的几何图形，比具体晶体结构要简单的多。空间格子与具体的晶体结构是什么关系？平行六面体平行六面体对应的实际晶体中相应的范围叫晶胞。NaCl晶胞金红石晶胞晶体的概念简化为格子构造空间格子晶体结构由重复的空间格子组成反映晶体结构的基本特性相当点研究方式晶体的基本性质由晶体的格子构造会导致晶体的基本性质。自限性: 晶体能够自发地生长成规则的几何多面体形态。 均一性

5、:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。晶体是绝对均一性，非晶体是统计的、平均近似均一性。 异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。 晶体的基本性质对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个部分（或物理性质相同的几个部分）有规律地重复出现。例如下面的晶体形态是对称的：晶体的基本性质最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比，内能最小。晶体具有固定的熔点。稳定性：晶体比非晶体稳定。 晶体的基本性质本节包括3组重要的基本内容: 1) 晶体、格子构造、空间格子、相当点；它们之间的关系。 2) 结点、行列、面网、平行六面体; 结点间距、面网间距与面网密度的关系. 3) 晶体的基本性质：自限性、均一性、异

6、向性、对称性、最小内能、稳定性，并解释为什么。本节重点总结常识仿钻一、玻璃：用玻璃磨成的假钻石很容易区别，因为它的折光率低，没有真钻石那种闪烁的彩色光芒，稍有经验的人一看便知。另外，可用白瓷碗盛一碗清水，冒充钻石的无色玻璃制品漫入水中即看不清其轮廓，而真钻石暗黑的轮廓在水中显得十分清楚。 二、人造尖晶石：它和钻石的区别是，缺少闪烁的彩色光芒，将它浸入二碘甲烷中，也会轮廓模糊，而真钻石的轮廓则十分清楚。 三、水晶和黄玉：这两种天然矿物的透明晶体，经琢磨后也有点像钻石，但都缺少闪烁的彩色光芒。且它们都是“非均质体”，而钻石是“均质体”，用偏光仪易于区分。四、人造蓝宝石：无色透明的人造蓝宝石在琢磨后

7、也可作为钻石的代用品。但它在“二碘甲烷”中几乎消失不见，而真钻石的边缘暗黑，非常清楚。常作为手表镜面使用。 常识仿钻五、锆石：在人造立方氧化锆出现之前，锆石是最佳的钻石代用品。锆石具有很强的双折射，即它有两个折光率，并且两个折光率之间的差别较大。由此而产生了一种很特殊的光学现象，当用放大镜观察琢磨好的锆石棱面宝石时，由其顶面可以看出底部的面和棱线有明显的双影。而钻石因为是“均质体”，绝无双影现象。常识仿钻六、人造金红石：金红石是一种普通的天然矿物，它的成分是二氧化钛，由于它的折光率（261290）比钻石（242）还要高，故琢磨宝石后能出现明亮耀眼的闪光，且能出现彩虹般的变化，显得非常美丽。可惜的是，天然金红石几乎全是不透明的，所以1947年才经美国铅业公司首先制出了人造金红石。其中无色透明者用作钻石代用品或假冒品，其五彩缤纷的闪光超过了真钻石，常被称为“五彩钻”或“五色钻”。但由于金红石有强烈的折光率，故与锆石一样，能用放大镜从顶面看到底部棱线的显著的双影，故易与钻石区别。此外，“五彩钻”因闪光过分艳丽，并带有不清澈的乳白光，故有庸俗之感，远不如钻石闪光的高雅可爱。常识仿钻七、立方氧化锆：（即“苏联钻”）：这是首先由原苏联推出的最理想的钻石代用品或冒充品，是人造化合物，无天然矿物。自从立方氧化锆问世后，其他多种人造宝石原料，都只用作别