電光效應(yīng)及其應(yīng)用ppt課件-展示頁
2025-01-24 04:14本頁面
【正文】 ， ［ ］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(xiàng)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(hào)右邊第二項(xiàng)描述了 Δ Bij與外加電場(chǎng)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(xiàng)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) 。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(chǎng)對(duì)晶體光學(xué)特性的影響。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(gè)方向的取值分布。5實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果還表明：各向異性的光學(xué)晶體，在足夠強(qiáng)的外電場(chǎng)作用下，其光學(xué)各向異性性質(zhì)會(huì)進(jìn)一步加劇。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(chǎng)作用時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的。n 感應(yīng)雙折射：當(dāng)光通過有加電場(chǎng)、超聲場(chǎng)或磁場(chǎng)的晶體時(shí)，將產(chǎn)生與外場(chǎng)作用有關(guān)的雙折射現(xiàn)象。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(shí)產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。又叫晶體的固有雙折射。又叫晶體的感應(yīng)各向異性。 現(xiàn)對(duì)該介質(zhì)施加一個(gè)外電場(chǎng)，當(dāng)加到介質(zhì)上的外電場(chǎng)足夠強(qiáng) 、以致于強(qiáng)到足以和原子的內(nèi)電場(chǎng)（ ≈310 8V/cm）相比擬時(shí)，則在這種情況下，原子的內(nèi)電場(chǎng)就會(huì)受到強(qiáng)烈的影響，原子的形狀和能級(jí)結(jié)構(gòu)等等就會(huì)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(huì)發(fā)生改變 —— 即介質(zhì)的折射率會(huì)發(fā)生改變，折射率的改變量與外加電場(chǎng)密切相關(guān)、并且是外電場(chǎng)的顯函數(shù)。 介質(zhì)在足夠強(qiáng)的外電場(chǎng)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)。顯然，外加電場(chǎng)對(duì)晶體光學(xué)特性的影響，必然會(huì)通過折射率橢球的變化反映出來。 ? 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(chǎng)的晶體折射率橢球記為：則外加電場(chǎng)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(chǎng)引起的，它應(yīng)與外加電場(chǎng)有關(guān)系。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(chǎng)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(gè)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(chǎng)的一次方成正比。 101. 線性電光系數(shù)對(duì)于線性電光系數(shù)［ γijk］， 因其前面兩個(gè)下標(biāo) i, j互換時(shí)，對(duì)［ ΔBij］ 沒有影響，所以也可將這兩個(gè)下標(biāo)簡(jiǎn)化為單個(gè)下標(biāo)。 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(zhǎng)成大塊均勻晶體，在 ～ μm波長(zhǎng)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。 ? KDP晶體是單軸晶體，屬四方晶系。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(chǎng) 時(shí)，折射率橢球?yàn)樾D(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。通過查閱手冊(cè)，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(chǎng)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。當(dāng)平行于 x3方向加電場(chǎng)時(shí)，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(gè)主軸方向及相應(yīng)的長(zhǎng)度。 假設(shè)感應(yīng)折射率橢球的新主軸方向?yàn)? ， 則由 構(gòu)成的坐標(biāo)系可由原坐標(biāo)系 (Ox1x2x3)繞 x3軸旋轉(zhuǎn) α 角得到：19 因?yàn)?γ 6 E3不為零，只能是： cos（ 2α ） sin（ 2α ） =0??所以： α =177。 ?? 故 x3切割晶片沿光軸方向外加電場(chǎng)后，感應(yīng)折射率橢球的三個(gè)主軸方向?yàn)樵凵渎蕶E球的三個(gè)主軸繞 x3軸旋轉(zhuǎn) 45176。若取 α =45176。這說明， KDP型晶體的 x3切割晶片在外加電場(chǎng) E3后，由 原來的單軸晶體變成了雙軸晶體 。 方向上的橢圓，如圖 52 所示。 由第 4章的討論知道，在這種情況下，相應(yīng)的兩個(gè)特許偏振分量的振動(dòng)方向分別平行于感應(yīng)折射率橢球的兩個(gè)主軸方向 (x1′ 和 x2′) ， 它們的折射率由 n1′ 和 n2′ 給出，這兩個(gè)偏振光在晶體中以不同的折射率 (不同的速度 )沿 x3′ 軸傳播，當(dāng)它們通
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