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光电子技术基础12

泰然健康网
2025-05-14 23:19

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3.5.1光波在磁光晶体中传播 3.5.2磁光调制旋光水晶有旋光现象2）旋光定义：5）左旋和右旋晶体磁光效应是磁光调制的物理基础。当光波通过这种磁化的物体(磁性物质）时，其传播特性发生变化，这种现象称为磁光效应。磁光效应包括法拉第旋转效应、克尔效应、磁双折射效应等。其中最主要的是法拉第旋转效应，它使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转，其旋转角度的大小与沿光束方向的磁场强H和光在介质中传播的长度L之积成正比，即 ＝VHL(1)装置、光路在光频波段内，令，几乎所有的磁光现象都可得到解释。假设磁场沿z轴方向，取磁光介质中传播的平面波为:假设光波在立方晶体或各向同性介质中（）平行于磁化强度（z）方向（lx=ly=0，lz=1）传播，得可见Ez=0，即介质中传播的光波为横波，相应的传播模式为右旋和左旋的两个圆偏振光波：第十二页，编辑于星期六：十六点三十分。因此，沿x方向偏振的入射光经过长度为L的磁光介质后将偏转一个角度当磁化强度较弱，B与H为线性关系，即=0为常量。因而旋光率与外加磁场强度在成正比,式可写成: 式中V称为韦尔德（Verdet）常数，它表示在单位磁场强度下线偏振光波通过单位长度磁光介质后偏振方向旋转的角度。法拉第旋转的特殊规律（2）光沿磁场方向通过时，振动面右旋。光逆磁场方向传播时，振动面左旋。（4）法拉第旋转的用途对于旋光现象的物理原因，可解释为外加磁场使介质分子的磁矩定向排列，当一束线偏振光通过它时，分解为两个频率相同、初相位相同的两个圆偏振光，其中一个圆偏振光的电矢量是顺时针方向旋转，称为右旋圆偏振光，而另一个圆偏振光是逆时针方向旋转的，称为左旋圆偏振光。这两个圆偏振光无相互作用地以两种略有不同的速度+＝c/nR和-＝c/nL传播，它们通过厚度为L的介质之后产生的相位延迟分别为:当它们通过介质之后，又合成为一线偏振光，其偏振方向相对于入射光旋转了一个角度。zA表示入射介质的线偏振光的振动方向，将振幅A分解为左旋和右旋两矢量AL和AR，假设介质的长度L使右旋矢量AR刚转回到原来的位置，此时左旋光矢量(由于vL≠vR)转到A’L，于是合成的线偏振光A’相对于入射光的偏振方向转了一个角度，此值等于角的一半，即 =/2＝（nR–nL）L/(3) 可以看出，A’的偏振方向将随着光波的传播向右旋转。这称为右旋光效应。磁致旋光效应的旋转方向仅与磁场方向有关，而与光线传播方向的正逆无关，这是磁致旋光现象与晶体的自然旋光现象不同之处(即当光束往返通过自然旋光物质时，因旋转角相等方向相反而相互抵消)。但通过磁光介质时，只要磁场方向不变，旋转角都朝一个方向增加，此现象表明磁致旋光效应是一个不可逆的光学过程，因而可利用来制成光学隔离器或单通光闸等器件。3.4磁光调制1.磁光体调制器s：是单位长度饱和法拉第旋转角；2.磁光波导调制器蛇形磁场变化的周期为Chapter4光电探测技术4.1半导体物理基础二、半导体的能带能带理论：晶体中的电子只能处于能带的能级上，且每一个能带中都有与原子总数相适应的能级数。泡利原理：在每一个能级上最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。半导体晶体能带图：根据能量最小原理，电子填充能带时，总是从最低的能带、最小能量的能级开始填充。满带：任何时间都填满电子数。价带：绝对零度时，价带为价电子占满。而导带中没有电子。导带：价带中电子获得足够的热能或辐射能后，就会越过禁带进入导带。三、半导体的类型2、N型半导体对N型半导体，施主杂质中的电子只要获得很小的能量，就能脱离原子而参加导电，由于导带中的电子在导电中起主要作用，因此也称为“电子型半导体”。由能级图可见，施主能级处于禁带内导带底的下面。电子从施主能级跃迁到导带所需的能量。在常温下，电子所具有的平均热能就足以使施主原子电离。因此，对N型半导体具有较高的电导率。3、P型半导体 P型半导体是以空穴为主导电的半导体，这样的半导体也称为“空穴型半导体”。由能级图可见，受主能级处于禁带内价带顶的上方，价带电子跃迁到受主能级所需的电离能。这时由于电子填充了共价键中的空位而出现空穴。在常温下，电子所具有的平均热能就足以使受主原子电离。因此，对P型半导体具有较高的电导率。说明：从半导体载流子的浓度考虑，若在无辐射时电子和空穴的浓度分别为n和p，则当n＜＜p时，这种半导体称为P本征半导体；当n＞＞p时，称为N型半导体；当n＝p时，称为I型半导体。四、热平衡载流子1、本征半导体费米能级在热平衡状态下，由于电子和空穴成对产生，导带中的电子浓度应等于价带中的空穴浓度＝，其负电荷与正电荷相等，半导体是电中性的五、非平衡载流子六、载流子的运动七、光辐射与半导体的相互作用⒈本征吸收本征吸收是指电子在辐射作