電光效應(yīng)及其應(yīng)用ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-11 04:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 是自然雙折射；第二項(xiàng)是外加電場 E3后的感應(yīng)雙折射，其中 (n3eγ 33n3oγ 13)是由晶體材料決定的常數(shù)，為方便起見，常將其寫成 n3oγ *, γ *=(ne/no)3γ 33γ 13稱為有效電光系數(shù)。37 LiNbO3型晶體加上電場 E3后，由于 x3軸仍為光軸，所以其 縱向運(yùn)用沒有電光延遲 。但 可以橫向運(yùn)用 ，即光波沿垂直 x3軸的方向傳播。 當(dāng)光波沿 x1軸 (或 x2軸 )方向傳播時，出射沿 x2軸和 x3軸(或沿 x1軸和 x3軸 )方向振動的二線偏振光之間，將產(chǎn)生受電場控制的相位差：38 其中， l為光傳播方向上的晶體長度； d為電場方向上的晶體厚度； U3為沿 x3方向的外加電壓。該式表明，LiNbO3型晶體 x3軸方向上外加電壓的橫向運(yùn)用，與 KDP型晶體45176。 x3切片的 γ 63橫向運(yùn)用類似，有 自然雙折射的影響 。39 (2).電場在 x1Ox2平面內(nèi)的橫向運(yùn)用 這種工作方式是電場加在 x1Ox2平面內(nèi)的任意方向上，而光沿著 x3方向傳播 。此時， E E2≠0, E3=0， 經(jīng)計(jì)算可得感應(yīng)折射率橢球?yàn)椋?0 顯然， 外加電場后，晶體由單軸晶體變成了雙軸晶體。 ? 為了求出相應(yīng)于沿 x3方向傳播的光波折射率，根據(jù)折射率橢球的性質(zhì)，需要確定垂直于 x3軸的平面與折射率橢球的截線。這只需在上式中令 x3=0 即可。 由此可得截線方程為：這是一個橢圓方程。41 當(dāng)光沿 x3方向傳過 l距離后，由于線性電光效應(yīng)引起電光延遲為：42 相應(yīng)的半波電壓為：式中， l是光傳播方向上晶體的長度； d為外加電場方向上晶體的厚度。由此可見， 在 LiNbO3型晶體 x1Ox2平面內(nèi)外加電場，光沿 x3方向傳播時， 可以避免自然雙折射的影響，同時半波電壓較低。 因此，一般情況下，若用 LiNbO3晶體作電光元件，多采用這種工作方式。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意，外加電場的方向不同 (例如，沿 x1方向或 x2方向 )，其感應(yīng)主軸的方向也不相同。43C. GaAs、 BGO型晶體的線性電光效應(yīng) ? ? GaAs(砷化鎵 )晶體屬于 43 m晶體點(diǎn)群，這一類晶體還有InAs(砷化銦 )、 CuCl(氯化銅 )、 ZnS(硫化鋅 )、 CdTe(碲化鎘 )等； BGO(鍺酸 )晶體屬于 23晶體點(diǎn)群，這一類晶體還有BSO(硅酸 )等，它們都是 立方晶體 ，在電光調(diào)制、光信息處理等領(lǐng)域內(nèi)，有著重要的應(yīng)用。 ? 這類晶體未加電場時，光學(xué)性質(zhì)是各向同性的，其折射率橢球?yàn)樾D(zhuǎn)球面，方程式為：44 在外加電場后，感應(yīng)折射率橢球變?yōu)椋? 在實(shí)際應(yīng)用中，外加電場的方向通常有三種情況：電場垂直于 (001)面 (即沿 x3軸方向 )，垂直于 (110)面和垂直于(111)面。 45 晶體的二次電光效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)證明，自然界有許多光學(xué)各向同性的固體、液體和氣體在強(qiáng)電場 (電場方向與光傳播方向垂直 )作用下會變成各向異性，而且電場引起的雙折射和電場強(qiáng)度的平方成正比， 這就是眾所周知的 克爾效應(yīng)，或稱為二次電光效應(yīng) ?？藸栃?yīng)可以存在于所有電介質(zhì)中，某些極性液體 (如硝基苯 )和鐵電晶體的克爾效應(yīng)很大。46 所有晶體都具有二次電光效應(yīng)。但是在沒有對稱中心的20 類晶體中，它們的線性電光效應(yīng)遠(yuǎn)較二次電光效應(yīng)顯著，所以對于這類晶體的二次電光效應(yīng)一般不予考慮。在具有對稱中心的晶體中，它們最低階的電光效應(yīng)就是二次電光效應(yīng)，但我們感興趣的只是屬于立方晶系的那些晶體的二次電光效應(yīng)。因?yàn)檫@些晶體在未加電場時，在光學(xué)上是各向同性的，這一點(diǎn)在應(yīng)用上很重要。47 晶體電光效應(yīng)的應(yīng)用 ? 將信息電壓 (調(diào)制電壓 )加載到光波上的技術(shù)叫光調(diào)制技術(shù)。利用電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的調(diào)制叫電光調(diào)制。圖 58 是一種典型的電光強(qiáng)度調(diào)制器示意圖，電光晶體 (例如 KDP晶體 )放在一對正交偏振器之間，對晶體實(shí)行縱向運(yùn)用，則加電場后的晶體感應(yīng)主軸 x1′ 、 x2′ 方向，相對晶軸 x x2方向旋轉(zhuǎn) 45176。 ，并與起偏器的偏振軸 P1成 45176。 夾角。48圖 58 電光強(qiáng)度調(diào)制器49 根據(jù)第 4章中的有關(guān)公式，可以求得，通過檢偏器輸出的光強(qiáng) I與通過起偏器輸入的光強(qiáng) I0之比為 ： 當(dāng)光路中未插入 1/4 波片時，上式的 φ 即是電光晶體的電光延遲。由此可以求得，有：于是：稱 I/I0為光強(qiáng)透過率 (%)，它隨外加電壓的變化如圖 59所示。 50圖 59 透過率與外加電壓關(guān)系圖 51 如果外加電壓是正弦信號：則透過率為： 該式說明，一般的輸出調(diào)制信號不是正弦信號，它們發(fā)生了畸變，如圖 59 中曲線 3 所示。 ? 如果在光路中插入 1/4波片，則光通過調(diào)制器后的總相位差是 (π/2+ φ )， 因此，通過檢偏器輸出的光強(qiáng) I與通過起偏器輸入的光強(qiáng) I0之比變?yōu)椋?2工作點(diǎn)由 O移到 A點(diǎn)。在弱信號調(diào)制時， UUλ/2 ， 上式可近似表示為： 可見，當(dāng)插入 1/4 波片后，一個小的正弦調(diào)制電壓將引起透射光強(qiáng)在 50%透射點(diǎn)附近作正弦變化，如圖 59 中的曲線 4 所示。 53 ? 與通常采用的機(jī)械轉(zhuǎn)鏡式光束偏轉(zhuǎn)技術(shù)相比，電光偏轉(zhuǎn)技術(shù)具有高速、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，因此在光束掃描、光計(jì)算等應(yīng)用中，倍受重視。 為了說明電光偏轉(zhuǎn)原理，首先看一下光束通過玻璃光楔的偏轉(zhuǎn)原理。 如圖 510所示，設(shè)
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