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用于仿真和分析激光晶體封裝技術(shù)中誘導(dǎo)應(yīng)力的方法(2)
時(shí)間:2017-11-01 11:57來(lái)源:訊技光電作者: 技術(shù)部點(diǎn)擊:次打印

表2 焊接合金以及基板的主要物理性質(zhì)


圖4所示, 熱依賴的機(jī)械材料性能。在圖(a)中,各向同性彈性,楊氏模量。在圖(b)中,合金相變焓。從塔拉姆儀器公司(法國(guó))的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取了合金熱依賴特性。
 
2.2 應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射方法
 
在激光晶體上產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力的同時(shí),產(chǎn)生各向異性密度分布,從而在材料的折射率上產(chǎn)生差異,這是由折射率橢球進(jìn)行數(shù)學(xué)上的定義的 (表示為一個(gè)橢圓,用來(lái)描述光通過(guò)材料的不同速度)[6]。在產(chǎn)生光學(xué)各向異性元件內(nèi)行進(jìn)的不同光速的效果也被稱為雙折射。這種效應(yīng)可以用材料折射率橢球Bij的變化來(lái)描述[7]

(1)
其中,i,j=1,2,3。二階張量B(0,ij)代表無(wú)應(yīng)力折射率橢球張量,∆Bij代表由于誘導(dǎo)應(yīng)力產(chǎn)生折射率橢球變化,它可以表示為
                       (2)
其中,k,l=1,2,3,愛(ài)因斯坦的求和規(guī)則在這里適用。二階張量σkl代表了誘導(dǎo)矢量主應(yīng)力,πijkl是描述每個(gè)材料的第四階壓電光學(xué)常數(shù)張量。通過(guò)方程式(1)和(2),當(dāng)某些壓力σkl產(chǎn)生時(shí),我們可以計(jì)算折射率橢球張量Bij。然后,可以用下面的關(guān)系式來(lái)計(jì)算介電常數(shù)張量ϵij
                        (3)
得到的結(jié)果ϵij來(lái)進(jìn)行晶體的后續(xù)光學(xué)仿真。方程式(1)-(3)在任何坐標(biāo)系中都成立。然而,需要強(qiáng)調(diào),應(yīng)用每個(gè)方程式的張量時(shí),要用同一坐標(biāo)系表示。由于晶體材料的對(duì)稱性,在晶體坐標(biāo)系中就很容易描述它們的性質(zhì),例如,壓電光學(xué)張量πijkl通常只在這樣的系統(tǒng)參考書(shū)目中給出[6]。另一方面,在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中,通過(guò)實(shí)際的晶體幾何結(jié)構(gòu)可以便捷描述應(yīng)力σij,為了后續(xù)的光學(xué)模擬,需要給出介電常數(shù)ϵij。更嚴(yán)格的,我們首先定義兩個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)x-y-z和x,-y,-z,分別代表實(shí)驗(yàn)室和晶體坐標(biāo)系統(tǒng),[aij]作為從實(shí)驗(yàn)室到晶體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換矩陣。因?yàn)閼?yīng)力通常在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中用x,y,z來(lái)描述,壓電張量通常是在晶體坐標(biāo)系中用x,y,z,給出。為了使用公式(2),這兩個(gè)量必須在相同的坐標(biāo)系中表示。為了簡(jiǎn)易,將二階應(yīng)力張量轉(zhuǎn)換到晶體系統(tǒng),而不是轉(zhuǎn)換四階壓電張量。由于對(duì)稱性,根據(jù)Nye’慣例,應(yīng)力通常以縮寫(xiě)的方式表達(dá),如σn,n=1,……,6。應(yīng)用3×3坐標(biāo)變換矩陣,我們首先將縮寫(xiě)σn明確為σij,然后使用下面的方程
                        (4)
來(lái)計(jì)算在晶體系統(tǒng)中關(guān)于x,y,z,的應(yīng)力張量。坐標(biāo)變換不改變對(duì)稱性,根據(jù)Nye’慣例,應(yīng)力張量σij也可以縮寫(xiě)為σ^,。同樣,由于晶體的對(duì)稱性,使用Nye,慣例[6],方程式(2)中的張量可以縮寫(xiě),我們可以在晶體坐標(biāo)系中用x,y,z,改寫(xiě)方程式(2),如下

    (5)

其中,m,n=1,……6。實(shí)際上,壓電光學(xué)張量幾乎總是以晶體系統(tǒng)中6×6矩陣的縮寫(xiě)方式給出。在計(jì)算方程式(5)之后,∆Bm^,可以改寫(xiě)為一個(gè)更明確的形式∆Bij^,。
接下來(lái),使用方程式(1),包含應(yīng)力影響的折射率橢球可以計(jì)算出來(lái)。由于以下事實(shí):1)由等式(5)得到的張量∆Bij^,在晶體系統(tǒng)中給出; 2)無(wú)應(yīng)力折射率橢球張量在晶體系統(tǒng)中有一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)角線形式;我們?cè)诰w系統(tǒng)中進(jìn)行方程式(1)的計(jì)算,得到

  (6)

其中

  (7)

 
......

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