電光效應(yīng)及其應(yīng)用ppt課件(已修改)
2025-01-27 04:14 本頁面
【正文】 第 5章 晶體的感應(yīng)雙折射1n 自然雙折射：由于晶體結(jié)構(gòu)自身的各向異性決定，光在其內(nèi)傳播時產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。又叫晶體的固有雙折射。n 感應(yīng)雙折射：當(dāng)光通過有加電場、超聲場或磁場的晶體時，將產(chǎn)生與外場作用有關(guān)的雙折射現(xiàn)象。又叫晶體的感應(yīng)各向異性。2Contentsn 電光效應(yīng)n 聲光效應(yīng)n 磁光效應(yīng)（法拉第效應(yīng)）3 電光效應(yīng) 電光效應(yīng)的描述 晶體的線性電光效應(yīng) 晶體的二次電光效應(yīng) 晶體電光效應(yīng)的應(yīng)用舉例 4 電光效應(yīng)的描述 各向同性的、均勻的、線性的、穩(wěn)定光學(xué)介質(zhì)，在不受任何外電場作用時，其光學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的。 現(xiàn)對該介質(zhì)施加一個外電場，當(dāng)加到介質(zhì)上的外電場足夠強 、以致于強到足以和原子的內(nèi)電場（ ≈310 8V/cm）相比擬時，則在這種情況下，原子的內(nèi)電場就會受到強烈的影響，原子的形狀和能級結(jié)構(gòu)等等就會發(fā)生一系列畸變；與之相應(yīng)，介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)也會發(fā)生改變 —— 即介質(zhì)的折射率會發(fā)生改變，折射率的改變量與外加電場密切相關(guān)、并且是外電場的顯函數(shù)。5實驗研究的結(jié)果還表明：各向異性的光學(xué)晶體，在足夠強的外電場作用下，其光學(xué)各向異性性質(zhì)會進一步加劇。 介質(zhì)在足夠強的外電場作用下，其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變（即折射率發(fā)生變化）的這一現(xiàn)象，叫做電致感應(yīng)雙折射，或者稱為電光效應(yīng)。6 由前面的討論已知，光在晶體中的傳播規(guī)律遵從光的電磁理論，利用折射率橢球可以完整而方便地描述出表征晶體光學(xué)特性的折射率在空間各個方向的取值分布。顯然，外加電場對晶體光學(xué)特性的影響，必然會通過折射率橢球的變化反映出來。因此，可以通過晶體 折射率橢球的大小、形狀和取向的變化 ，來研究外電場對晶體光學(xué)特性的影響。 ? 由空間解析幾何理論，描述晶體光學(xué)各向異性的折射率橢球在直角坐標(biāo)系 (Ox1x2x3)中的一般形式為：7若令：則折射率橢球的表示式為：如果將沒有外加電場的晶體折射率橢球記為：則外加電場后，晶體的感應(yīng)折射率橢球可記為： 8 則折射率橢球的變化，可以很方便地用系數(shù)的變化 Δ Bij 描述，上式可寫成 ： 在這里，僅考慮 Δ Bij是由外加電場引起的，它應(yīng)與外加電場有關(guān)系。一般情況下， Δ Bij可以表示成 ： 上式中，等號右邊第一項描述了 Δ Bij與 Ek的線性關(guān)系， ［ ］是三階張量，稱為 線性電光系數(shù)線性電光系數(shù) ，由這一項所描述的電光效應(yīng)叫做 線性電光效應(yīng)， 或普克爾 (Pockels)效應(yīng)；等號右邊第二項描述了 Δ Bij與外加電場的二次關(guān)系，［ hijpq］ 是四階張量，稱為二次非線性電光系數(shù)，由這一項所描述的電光效應(yīng)叫作 二次電光效應(yīng)，或克爾 (Kerr)效應(yīng) 。Δ Bij=γ ijkEk+hijpqEpEq+… i, j, k, p, q=1, 2, 3 9 晶體的線性電光效應(yīng) 按照介質(zhì)折射率改變量與外加電場之間的函數(shù)關(guān)系的不同，可將電光效應(yīng)劃分為以下兩個大的類型： 1） .線性電光效應(yīng) 介質(zhì)折射率改變量與外加電場的一次方成正比。 2） .非線性電光效應(yīng) 介質(zhì)折射率改變量不僅與外加電場的一次方有關(guān)，而且還與外加電場的二次方（即平方）、三次方、乃至任意的高次方有關(guān)，并且是它們的顯函數(shù)。 101. 線性電光系數(shù)對于線性電光系數(shù)［ γijk］， 因其前面兩個下標(biāo) i, j互換時，對［ ΔBij］ 沒有影響，所以也可將這兩個下標(biāo)簡化為單個下標(biāo)。經(jīng)過這些簡化后，只計線性電光效應(yīng)，可得如下結(jié)果：??? ΔBi=γijEj i = 1, 2, …, 6。 j = 1, 2, 3 11 ?A. KDP型晶體的線性電光效應(yīng) ? KDP(KH2PO4,磷酸二氫鉀 )晶體是水溶液培養(yǎng)的一種人工晶體，由于它很容易生長成大塊均勻晶體，在 ～ μm波長范圍內(nèi)透明度很高，且抗激光破壞閾值很高，所以在光電子技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。它的主要缺點是 易潮解 。 ? KDP晶體是單軸晶體，屬四方晶系。屬于這一類型的晶體還有 ADP(磷酸二氫氨 )、 KD*P(磷酸二氘鉀 )等，它們同為42 m晶體點群，其外形如圖 51所示，光軸方向為 x3軸方向。12圖 51 KDP型晶體外型圖13 (1) KDP型晶體的感應(yīng)折射率橢球 ? KDP型晶體 無外加電場 時，折射率橢球為旋轉(zhuǎn)橢球，在主軸坐標(biāo)系 (折射率橢球主軸與晶軸重合 )中，折射率橢球方程為 :式中：分別為單軸晶體的尋常光和非常光的主折射率。14 當(dāng)晶體 外加電場 時，折射率橢球發(fā)生形變。通過查閱手冊，可以得到 KDP(42 m晶類 )型晶體的線性電光系數(shù)矩陣其［ Δ Ｂ i］ 為：15 因此：16由此，可得 KDP型晶體的感應(yīng)折射率橢球表示式：17 (2) 外加電場平行于光軸的電光效應(yīng) 相應(yīng)于這種工作方式的晶片是從 KDP型晶體上垂直于光軸方向 (x3軸 )切割下來的， 通常稱為 x3 切割晶片。 在未加電場時，光沿著 x3方向傳播不發(fā)生雙折射 。當(dāng)平行于 x3方向加電場時，感應(yīng)折射率橢球的表示式為：或者 18 為了討論晶體的電光效應(yīng)，首先應(yīng)確定感應(yīng)折射率橢球的形狀，也就是找出感應(yīng)折射率橢球的三個主軸方向及相應(yīng)的長度。 可以看出，這個方程的 x23項相對無外加電場時的折射率橢球沒有變化，說明感應(yīng)折射率橢球的一個主軸與原折射率橢球的 x3軸重合，另外兩個主軸方向可 繞 x3軸旋轉(zhuǎn)得到。
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