基本介紹
- 中文名：泡克耳斯效應
- 第一條：基本定義
- 第二條：理論起源
- 第三條：基本原理
基本定義,理論起源,基本原理,
基本定義
利用電光效應可以製作電光調製器，電光開關，電光光偏轉器等，可用於光閘，雷射器的Q開關和光波調製，並在高速攝影，光速測量，光通信和雷射測距等雷射技術中獲得了重要套用.當加在晶體上的電場方向與通光方向平行，稱為縱向電光調製（也稱為縱向運用）；當通光方向與所加電場方向相垂直，稱為橫向電光調製（也稱為橫向運用）.利用電光效應可以實現對光波的振幅調製和位相調製。
泡克耳斯效應
泡克耳斯效應理論起源
1893年由德國物理學家F.C.A.泡克耳斯發現。一些晶體在縱向電場（電場方向與光的傳播方向一致）作用下會改變其各向異性性質，產生附加的雙折射效應。例如把磷酸二氫鉀晶體放置在兩塊平行的導電玻璃之間，導電玻璃板構成能產生電場的電容器，晶體的光軸與電容器極板的法線一致，入射光沿晶體光軸入射。與觀察克爾效應一樣，用正交偏振片系統觀察。不加電場時，入射光在晶體內不發生雙折射，光不能通過P2。加電場後，晶體感生雙折射，就有光通過P2。泡克耳斯效應與所加電場強度的一次方成正比。大多數壓電晶體都能產生泡克耳斯效應。泡克耳斯效應與克爾效應一樣常用於光閘、雷射器的Q開關和光波調製等。
基本原理
一種電光效應。某些晶體在電場作用下會產生一個附加的雙折射，這一雙折射與外加電場強度成正比。1893年德國物理學家F.泡克耳斯首先研究了這種線性電光效應，由此而得名。對於晶體，常用折射率橢球描述其折射率特性。在主軸坐標系中可以寫為。⑴
1
1當有外加電場作用時，晶體的折射率發生改變，因而方程⑴各項的係數也有相應的改變，可以寫為⑵
2
2式中分別對應折射率橢球方程中x2,y2,z2,yz,xz,xy各項係數的改變數；Ej(j=1，2，3）分別表示電場各分量Ex,Ey,Ez；γj為電光張量，可用一個3×6的矩陣表示，共有18個矩陣元，其中有些可能為零，有些彼此相關。這些關係依賴於晶體的對稱性，只是在無中心對稱的晶體中才產生這種效應（見晶體物理性能的對稱性）。若光沿光軸傳播，無外加電場時，沒有雙折射；若同時有平行於 z軸的電場作用，則有雙折射產生。由式⑵可得⑶
3
3式中no為晶體固有的尋常光折射率，ny'與nx'分別表示加電場後在晶體的感生主軸y‵與x‵方向的折射率。為使光波在x‵與y‵兩方向的偏振分量之間的位相差為π，所需加的電壓值稱為半波電壓，記為Vλ/2或Vπ，而 ，⑷
4
4式中λ為光在真空中的波長。 如上所述，光傳播方向與電場方向平行的情況稱為縱向電光效應。泡克耳斯盒就是利用縱向電光效應製成的一種快速電光開關。附圖表示這種電光開關的一例。圓柱形電光晶體KD*P置於兩偏振器P與A之間。圓柱的對稱軸即為晶體的光軸方向。與光軸垂直的兩端面是透明的。抾與·分別表示線偏振光的偏振方向平行於紙面和垂直於紙面。通過環形電極給晶體施加半波電壓Vπ。當偏振器P與A的主軸平行時，光路是關閉的，因為在半波電壓作用下，兩偏振分量的位相推遲為π，這相當於偏振面旋轉了90°。透過P與晶體的偏振光正是 A所不允許通過的。如果突然退掉晶體上的電壓，光路立即變為通路。這種電光開關的回響時間小於1納秒。將泡克耳斯盒置於脈衝雷射器的諧振腔內，可做為調Q元件。此時由於有全反射鏡，雷射兩次通過電光晶體，可以省去一個偏振器。若光在晶體中的傳播方向與電場垂直，則稱為橫向電光效應。在這種情況下，可通過增大縱寬比（通光方向長度/加電壓方向的厚度）來降低有效半波電壓。用於光波振幅調製的電光調製器常採用這種方式。利用泡克耳斯效應也可以做成電光偏轉器，用以改變光束的傳播方向。
