《光电子技术第4课》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电子技术第4课（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光电子技术第四课,王炜路Tel：18296136141QQ：67148453Email：,上节复习,朗伯定律,瑞利散射,米氏散射,湍流运动,大气闪烁,光束曲率,漂移,3分/图（表述超过3分钟）,2.3光波在电光晶体中的传播,电光晶体在激光技术中获得广泛应用，常用的器件包括电光调制器、电光开关、电光偏转器,KDP晶体,铌酸锂晶体,LGS晶体,折射率成为外加电场E的函数,第一项称为线性电光效应或泡克耳（Pockels）效应；第二项，称为二次电光效应或克尔（Kerr）效应。对于大多数电光晶体材料，一次效应要比二次效应显著，故在此只讨论线性电光效应。,电光晶体材料施加电场,束缚电荷重新分布,离子晶格微
2、小形变,介电系数的变化,晶体折射率变化,1电致折射率变化,电光效应的分析可用几何图形折射率椭球体的方法，这种方法直观、方便。未加外电场时，主轴坐标系中，晶体折射率椭球方程为,nx，ny，nz为折射率椭球的主折射率。,当晶体施加电场后，其折射率椭球就发生“变形”，椭球方程变为,由于外电场，折射率椭球各系数(1/n2)随之发生线性变化，其变化量可定义为,式中ij称为线性电光系数；i取值1，6；j取值1，2，3。可以用张量的矩阵形式表示,对常用的KDP（KH2PO4）晶体有nx=ny=no，nz=ne，none，只有,，而且,得到晶体加外电场E后新的折射率椭球方程式,令外加电场的方向平行于z轴，即E
3、z=E，Ex=Ey=0，于是有,椭球的主轴不再与x，y，z轴平行,寻求新主轴坐标系（x，y，z）消除交叉项x=x cos-y sin y=x sin+y cos ,代入方程,当 =45，感应主轴坐标系中椭球方程为,主折射率变为,KDP晶体沿z轴加电场时，由单轴晶体变成了双轴晶体,2电光相位延迟实际应用中，电光晶体总是沿着相对光轴的某些特殊方向切割而成的，而且外电场也是沿着某一主轴方向加到晶体上，常用的有两种方式：一种是电场方向与光束在晶体中的传播方向一致，称为纵向电光效应；另一种是电场与光束在晶体中的传播方向垂直，称为横向电光效应。, 纵向应用,仍以KDP类晶体为例，沿晶体z轴加电场，光波沿z
4、方向传播。则其双折射特性取决于椭球与垂直于z轴的平面相交所形成的椭圆。令式中 z=0，得到该椭圆的方程为,长、短半轴分别与x和y重合，x和y也就是两个分量的偏振方向，相应的折射率为nx 和ny。 当入射沿x方向偏振，进入晶体（z=0）后即分解为沿x和y方向的两个垂直偏振分量。它们在晶体内传播L光程分别为nxL和nyL，这样，两偏振分量的相位延迟分别为,当这两个光波穿过晶体后将产生一个相位差,这个相位延迟完全是由电光效应造成的双折射引起的，所以称为电光相位延迟。当电光晶体和传播的光波长确定后，相位差的变化仅取决于外加电压，即只要改变电压，就能使相位成比例地变化。 当光波的两个垂直分量Ex，Ey的
5、光程差为半个波长（相应的相位差为）时所需要加的电压，称为“半波电压”，通常以V或V/2。表示。由式得到,于是,半波电压是表征电光晶体性能的一个重要参数，这个电压越小越好，特别是在宽频带高频率情况下，半波电压越小，需要的调制功率就越小。,根据上述分析可知，一般情况下，出射的合成振动是椭圆偏振光,当晶体上未加电压，,(n= 0, 1, 2,)，,通过晶体后的合成光仍然是线偏振光，且与入射光的偏振方向一致，这种情况晶体相当于一个“全波片”的作用。,当晶体上加电压V=V/2，,这是一个正椭圆方程，说明通过晶体的的合成光为椭圆偏振光。当A1=A2时，其合成光就变成一个圆偏振光，相当于一个“1/4波片”的
6、作用。,当外加电压V=V，,合成光为线偏振光，但偏振方向相对于入射光旋转了一个2角（若=45，即旋转了90，沿着y方向），晶体起到一个“半波片”的作用。,综上所述，设一束线偏振光垂直于xy面入射，且沿x轴方向振动，它刚进入晶体（x=0）即可分解为相互垂直的x，y两个偏振分量，传播距离L后,x分量为,y分量为, n度旋转对称轴,设 绕 x1 轴转动 角,M M,一束光线在两种各向同性介质的分界面上发生折射时，折射光通常只有一束，而且遵守折射定律。但是，当一束光进人各向异性的一些晶体中，一束光线便能分解成两束折射光，这种现象称为双折射现象。,其中一束折射光遵守通常的折射定律，并始终在同一平面内，即
7、入射面内，这束光叫做寻常光线，简称o光；另一束折射光不遵守折射定律，其折射率随不同的入射角i的不同而改变，一般情况下，该光束也不在入射面内，这束光称为非常光，简称e光。,在晶体中o光沿各个方向的传播速度vo相同；而e光传播速度ve的大小与方向有关。设想，如果有一点光源在各向异性的晶体中，那么o光的波阵面为一球面，e光的波阵面会是一个旋转椭球面，在晶体中存在某些特殊的方向，称为晶体的光轴，在光轴方向，e光与o光的传播速度相同，不发生双折射现象在垂直于光轴方向上e光与o光的传播速度相差最大，在该方向，e光的折射率称为晶体的主折射率定义为neve/c。有些晶体(如方解石、石英和红宝石等)只有一个光轴方向，称为单轴晶体；有些晶体(如云母、硫磺和蓝宝石等)有两个光轴方向，称为双轴晶体。,。,o光的振幅x=asinwt(设o光初位相为零)e光的振幅：y=bsin(wt-),sin()=sincoscossin,课堂测试,1.写出电光效应表达式包括（线性电光效应和二次电光效应）（2分）,2.外加电场的方向平行于z轴KDP晶体的折射率椭球方程式（xyz坐标系下）（3分）,3.o光的振幅：x=asinwt（4分） e光的振幅：y=bsin(wt-) 证明,
