晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅲ)——利用畸变氧八面体的离子基团模型计算LiNbO3,LiTaO3,KNbO3,BNN晶体的电光和倍频系数

本文用文献[1]中所提出的(MO₆)离子基团模型,计算LiNbO₃,LiTaO₃,KNbO₃,BNN等晶体的电光和倍频系数。假设在O_h对称时,这些晶体中的氧八面体具有相同的能级和对称波函数,则通过群表示理论就可得到在C_3ν,C_2ν对称性时氧八面体的能级和对称波函数,并进而用ABDP理论计算它们的电光和倍频系数。计算结果和实验符合得相当好。本文并从理论上解释了这些晶体的倍频系数大小、符号和氧八面体畸变间的关系,由此可以得到以下两个结论:(1)畸变氧八面体的离子基团模型不但适用于钙钛矿型材料,同时也适用于钨青铜型、LiNbO₃型材料。(2)在钨青铜型、LiNbO₃型的材料中,仍是“离子键”对电光和倍频效应作出主要贡献,同时由于LiTaO₃的共价键成份比LiNbO₃大,因而LiTaO₃的非线性光学效应比LiNbO₃小。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅳ) 钙钛矿、钨青铜型、LiNbO_3型晶体线性极化率计算

本文再次采用氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的方法系统地计算了九种钙钛矿、钨青铜型和LiNbO_3型晶体的折射率。在未引入任何可调整参量的情况下,计算值与实验值之差仅10%左右。由此可见,氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的计算方法不但能在定量上阐明这两种类型材料的电光和非线性光学效应的机理,同时也能阐明光频线性极化率的各种性质。本文的计算还表明,虽然奇次项晶格场是晶体产生电光和非线性光学效应的决定因素,但对线性极化率的影响恰非常小。最后,就定域化轨道方法的可靠性作了某些讨论。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅰ)——利用氧八面体畸变模型计算BaTiO_3晶体电光及倍频系数

本文对钙钛矿型晶体的电光及倍频效应的机理提出了一个(MO_6)离子基团模型。并从(TiO_6)离子基团的准分子轨道及晶格场位能作用下的(TiO_6)离子基团的离子键轨道出发,利用ABDP理论,分别计算了BaTiO_3的各个电光及倍频系数。计算结果表明,在没有引入任何可调整参量的情况下,用(TiO_6)离子基团的晶格场理论所得到的电光及倍频系数的计算值和实验值符合得相当好,而准分子轨道对这些效应的贡献很小。由此得出三个结论:(1)BaTiO_3的电光及倍频效应主要由(TiO_6)氧八面体的畸变所产生,畸变越大,这些效应也越大;(2)当BaTiO_3处于铁电相时,由于晶体内自发极化的结果,产生一个强的奇次项晶格场,这是BaTiO_3具有大的电光及倍频效应的主要因素。而(TiO_6)离子基团的共价键成份,由于彼此间互相抵消,对这些效应贡献很小;(3)BaTiO_3的电光及倍频系数和它的自发极化P_s之间有一简单的线性关系。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅳ)——钙钛矿、钨青铜型、LiNbO3型晶体线性极化率计算

本文再次采用氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的方法系统地计算了九种钙钛矿、钨青铜型和LiNbO₃型晶体的折射率。在未引入任何可调整参量的情况下,计算值与实验值之差仅10%左右。由此可见,氧八面体基团模型及定域化轨道波函数的计算方法不但能在定量上阐明这两种类型材料的电光和非线性光学效应的机理,同时也能阐明光频线性极化率的各种性质。本文的计算还表明,虽然奇次项晶格场是晶体产生电光和非线性光学效应的决定因素,但对线性极化率的影响恰非常小。最后,就定域化轨道方法的可靠性作了某些讨论。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅰ)——利用氧八面体畸变模型计算BaTiO3晶体电光及倍频系数

本文对钙钛矿型晶体的电光及倍频效应的机理提出了一个(MO₆)离子基团模型。并从(TiO₆)离子基团的准分子轨道及晶格场位能作用下的(TiO₆)离子基团的离子键轨道出发,利用ABDP理论,分别计算了BaTiO₃的各个电光及倍频系数。计算结果表明,在没有引入任何可调整参量的情况下,用(TiO₆)离子基团的晶格场理论所得到的电光及倍频系数的计算值和实验值符合得相当好,而准分子轨道对这些效应的贡献很小。由     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅱ) 利用(IO_3)~(-1)离子基团的分子轨道计算α-LiIO_3晶体的倍频系数

本文对碘酸盐晶体的倍频效应提出了一个(IO_3)~(-1)离子基团模型,并用(IO_3)~(-1)离子基团的分子轨道计算了α-LiIO_3的倍频系数,计算值和实验值符合得很好。由此得出以下结论:碘酸盐晶体的倍频效应主要由(IO_3)~(-1)离子基团和它的共价键轨道所决定。而在(IO_3)~(-1)离子基团中,对倍频效应作出主要贡献的是碘的孤对电子轨道和氧的|2σ>,|2P_y>轨道。     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅱ)——利用(IO3)-1离子基团的分子轨道计算α-LiIO3晶体的倍频系数

本文对碘酸盐晶体的倍频效应提出了一个(IO₃)^-1离子基团模型,并用(IO₃)^-1离子基团的分子轨道计算了α-LiIO₃的倍频系数,计算值和实验值符合得很好。由此得出以下结论:碘酸盐晶体的倍频效应主要由(IO₃)^-1离子基团和它的共价键轨道所决定。而在(IO₃)^-1离子基团中,对倍频效应作出主要贡献的是碘的孤对电子轨道和氧的|2σ>,|2P_y>轨道。     

Ce∶BaTiO_3晶体电光和二倍频系数的拉曼散射测量

从极性晶体晶格振动的理论出发 ,推导出正交系以上晶系的晶体的拉曼散射效率与晶体电光系数和二倍频系数的关系 :测量了 Ce∶ Ba TIO3 和 Ba Ti O3 晶体各纵、横模的偏振拉曼谱。在此基础上 ,计算出这两种晶体的电光系数γ3 3 、γ5 1 和二倍频系数 d3 3 、d1 5 。结果表明 :掺微量 Ce元素对 Ba Ti O3 晶体电光系数和二倍频系数影响不大     

使用等价轨道法计算AB型晶体的倍频系数

在忽略电子-声子相互作用的基础上,本文探讨了从能带波函数出发计算AB型晶体倍频系数的可能性。采用计算AB型晶体能带的近似方法——等价轨道法。计算了k=0点的倍频系数,然后通过带宽的修正,使k=0点的倍频系数近似地表为不同k点倍频系数的平均,这一平均值乘以第一布里渊区内k点的总数就是晶体的宏观倍频系数。计算了十七种闪锌矿型和纤维锌矿型晶体的倍频系数,计算值和实验值的吻合相当满意。从中得出几点有用的结论:(1)倍频系数的双能级跃迁模型对闪锌矿型结构是适用的;但对纤维锌矿型结构并不适用。(2)纤维锌矿型晶体的X₃₃₃^2ω系数可表示成两项之和:单重态(Γ₁,Γ₃)的贡献和双重态(Γ₅,Γ₆)的贡献。其中单重态对倍频系数贡献正值,双重态贡献负值。(3)使用Pauling的离子性标度f_i来表征A—B键的离子性是适宜的。 关键词：     

弹光调制高灵敏测量晶体电光系数

为了实现对晶体电光系数高速率、高精度和高灵敏的测量,提出了一种基于弹光调制的电光系数测量新方案。运用低通滤波和数字锁相技术分别提取出调制信号的直流项和一倍频项数据,进而解调出晶体的电光系数。详细分析了该新方案的原理,搭建了实验系统,并对铌酸锂(LiNbO_3)晶体样品的电光系数进行了测试。实验结果表明,系统测量精度为2.3%,灵敏度为1.7×10~(-14) m/V,测量速率为每数据点100ms。     

Ce:BaTiO3晶体电光和二倍频系数的拉曼散射测量

从极性晶体晶格振动的理论出发,推导出正交系以上晶系的晶体的拉曼散射效率与晶体电光系数和二倍频系数的关系,测量了Ｃｅ：ＢａＴＩＯ３和ＢａＴｉＯ３晶体各纵、横模的偏振拉曼谱。在此基础上,计算出这两种晶体的电光系数ｒ３３、ｒ５１和二倍频系数ｄ３３、ｄ１５。结果表明：掺微量Ｃｅ元素对ＢａＴｉＯ３晶体电光系数和二倍频系数影响不大。     

钙钛矿型晶体的倍频系数和离子位移、能带结构间的关系

1974年作者提出了“非线性光学效应的离子基团理论”^[1]，并据此对钙钛矿型等体系的倍频系数作了理论计算，得到了很好的结果。本文进一步使用作者1981年建议的“晶体倍频系数的平均能带近似计算法”^[2]，从能带理论出发计算了钙钛矿型晶体的倍频系数。计算结果表明：（1）由“平均能带近似法”仍可得到“钙钛矿型晶体倍步效应基团理论”^[1]的几个基本论点，并给出后者的近似等级；（2）充分揭示了SrTiO3、KTaO3晶体电场感应倍频系数χ333^(2ω）／χ311^(2ω)比值的变化与中心B离子的相对位移、能带结构、B－O键离子性之间的关系；（3）通过倍频系数和能带结构关系的研究，有可能把晶体倍频系数作为检验能带结构是否正确的一个新的数据；（4）由本文的计算公式，可以计算出在外电场作用下中心B离子相对于配位体氧原子的位移量△Z，并和外电场作用下的感应自发极化Ps的实验值相一致。     

晶体和基团倍频系数间的普遍变换公式

本文使用倍频系数的不可约张量表示法,得到了离子基团的微观倍频系数与晶体宏观倍频系数间的一般变换公式,从而为晶体中不同取向的基因对宏观倍频系数的贡献提供了普遍的计算公式。应用这一计算方法可方便地计算各种碘酸盐的倍频系数,结果相当满意。本文对于探索新型倍频材料,提供了明确的空间结构条件。 关键词：     

LiNbO_3:MgO晶体的喇曼光谱研究

首次获得了L_1NbO_3:MgO晶体的喇曼光谱。与纯LiNbO_3晶体的喇曼光谱相比较,A_1(TO)模和E(TO)模的谱线数目、频率和相对强度均基本不变,线宽略有增加。这说明,LiNbO_3晶体较强的A_1(TO)和E(TO)振动模的喇曼光谱主要是由氧八面体(NbO_6)特征基团所贡献的。     

对比分析三角Pr3+中心在CsCdBr3和GdCl3晶体中的能级分裂

以Racah的群表示论和Slater的波函数理论为基础,分别建立了4f2组态离子Pr3+在三角晶体场C3v和C3h中的91×91完全能量矩阵,并对Pr3+离子掺杂在卤化物CsCdBr3和GdCl3中的Stark能级做了计算与分析. 结果显示计算值与实验值吻合很好,表明在分析由稀土离子掺杂体系的能级分裂时,完全能量矩阵方法是有效的方法. 此外,将两种具有不同点群对称的体系的能级分裂情况作了比较,结果显示六阶晶体场参量对能级分裂的影响是不能忽略的,而且CsCdBr3:Pr3+和GdCl3:Pr3+将产生不同程度的畸变.     

对比分析三角Pr~(3+)中心在CsCdBr_3和GdCl_3晶体中的能级分裂

以Racah的群表示论和Slater的波函数理论为基础,分别建立了4f2组态离子Pr~(3+)在三角晶体场C3v和C3h中的91×91完全能量矩阵,并对Pr~(3+)离子掺杂在卤化物CsCdBr_3和GdCl_3中的Stark能级做了计算与分析.结果显示计算值与实验值吻合很好,表明在分析由稀土离子掺杂体系的能级分裂时,完全能量矩阵方法是有效的方法.此外,将两种具有不同点群对称的体系的能级分裂情况作了比较,结果显示六阶晶体场参量对能级分裂的影响是不能忽略的,而且CsCdBr_3:Pr~(3+)和GdCl_3:Pr~(3+)将产生不同程度的畸变.     

电光调制晶体半波电压倍频测量方法的讨论

在电光调制晶体的半波电压倍频法测量中,基于晶体电光效应分析了不同偏压下输出信号与调制信号之间的线性与倍频关系,并利用计算机模拟分析了调制信号的调制幅度对倍频信号的影响,分析结果表明倍频信号受高阶谐波分量的干扰产生波形畸变,不利于晶体半波电压的倍频法测量。提出利用李萨如图形的对称性来确定电光调制的倍频位置,克服了调制幅度波形畸变问题的干扰。通过对半波电压不同测量方法的实验测量和对比分析,说明该方法可操作性好,测量精确度也比直接观察倍频信号输出波形要高。     

低温相偏硼酸钡(β-BaB_2O_4)晶体倍频系数的计算

本文从“离子基团理论”出发,并考虑A位离子晶格电场对(B_3O_6)~(3-)环的影响,采用CNDO/S近似计算了(B_3O_6)~(3-)基团的分子轨道,进而求得低温相偏硼酸钡(β-BaB_2O_4)晶体的倍频系数。计算结果与实验值符合,由此进一步证实了这一论点:β-BaB_2O_4晶体的倍频系数主要来自(B_3O_6)~(3-)基团中共轭π轨道的贡献。计算结果还表明,CNDO/S型近似是一种计算晶体中共价键基团分子轨道的有效方法。     

使用基团理论计算KB_5O_8·4H_2O晶体的倍频系数

本文使用基团理论计算KB_5O_8·4HO_2O(简称KB5)晶体的倍频系数,得到d_(31)=2.61×10~(-10)esu,d_(32)=007×10~(-10)esu,d_(33)=3.26×10~(-10)esu,与实验值符合较好。计算结果表明:氢键对KB5晶体的倍频系数有影响。本文还分析了KB5晶体倍频系数小的起因,除去[B_5O_6(OH)_4]~(-1)基团的微观倍频系数小外,还在于基团的空间排列方式不利,导至最大的微观倍频系数X_(123)相互抵消。最后,本文提出了在含四配位硼原子的硼氧化合物中寻找倍频新材料的结构判据。     

晶体场理论引论(四)

晶体场中能级分裂的计算--行列式波函数方法(4-1)用微扰法计算晶体场中能级分裂的示例 用简并微扰法计算晶体场中自由离子能级的分裂时,晶体场哈密顿量作为微扰,自由离子波函数为基,求出矩阵元,解久期方程,求出一级能量修正值即晶体场中能级的分裂,同时可求出自由离子基函数的线性组合作为零级近似波函数.下面以3d1组态的能级为例.