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1、第九讲2012.11.19高等光学高等光学光学工程硕士研究生课程第五章 晶体的光学效应5-1 晶体的电光效应一、电光效应概述 二、线性电光效应（泡克耳斯效应）三、电光振幅调制 四、电光相位调制 五、二次电光效应（克尔电光效应） 六、高频电光调制 线性电光效应应用举例Eg.1 KDP(KH2PO4)的一次电光效应，负单轴晶体，电光张量为对称群无外场时，对KDP有：存在外电场时折射率椭球为常见情况一 ：原主轴系下折射率椭球方程为： 外电场沿着原光轴方向z，即在原主轴系中有：求解新主轴系将它们代入原主轴系下折射率椭球方程中，并令交叉项（xy）的系数等于0，即：When ，新主轴系中的折射率椭球方程为
2、 ：纵向电光效应 (In2O3+SnO2)氧化铟锡 纵向电光效应 该“波片”给光波两个D引入的附加相位差为：该波片的Jones矩阵（在原主轴系中表示）半波电压横向电光效应 设附加相位差为 （下标 t 代表横向）“横向半波电压” 上式表明横向电光效应也可用来实现可控波片。 纵横向电光效应比较对KDP晶体，近似有：Eg.2 LiNbO3的一次电光效应对称群3m，负单轴晶体，电光张量为：纵向电光效应 ，z-切割 折射率椭球为： 虽然三个主折射率均发生变化，但主轴系不变，且仍为单轴晶体：横向电光效应 折射率椭球为： 这是 系中的一个斜椭圆，需通过坐标转动 消去交叉项。半波电压 三、电光振幅调制 经过偏
3、振态调制后的光通过一个固定的检偏器，即可实现振幅或光强的调制。1、原理例1：KDP纵向效应+线偏器设输入光为： KDP功能参数为： 输出光为： 光强： 线偏振器P的Jones矩阵为： 可见 将随 的变化而变化，实现了振幅和光强的调制。2、 的线性化 3、加偏置的方法此时：具体计算如下：设外加电压为一正弦信号，两个偏振分量的相为差为：则有：例2：KDP横向效应+线偏器d 表示晶体在外加电场V 方向上的厚度。上式表明 而在纵向振幅调制情形中 与 L无关。横向振幅调制中光入射表面与电极所在表面是分开的，不象纵向 调制中电极的存在对入射光的输入有影响。由此看来在进行振幅 调制时采用横向调制比纵向调制更
4、为合理。 两个分量之间的相位差为： 四、电光相位调制 入射光束的偏振方向原先就是沿着感生双折射主轴之一 x轴的方向， y轴上的分量为 0，因而外加电压并不改变输入光的偏振态，而只是 通过改变 来改变出射光的相位，在晶体的输出面处相移为：利用纵向电光调制设外加电压按下述方式调制： 在晶体的出射面处光场的电矢量表示为 输出光场为： m称为相位调制指数，也叫调制深度利用贝塞耳恒等式，有 ： 由于相位调制，使光频由单一频率 变为包含多种频率的非单色光， 各个频率成分的振幅由贝塞耳函数决定，适当选择m值，可得到不同 频率成分的分布；反之，若测出各个频率成分的振幅大小，可求得m， 进而求得电光系数五、二次电光效应（克尔电光效应） 在具有中心对称的晶体中不存在线性电光效应，所以二次电光效应通常 针对有对称中心的晶体及气体和液体。其中 未加电场时其折射率椭球方程为： 设外加电场的方向沿着z轴，即：新的折射率椭球方程为 ：此时BaTiO3变成单轴晶体 可见也可利用BaTiO3的横向二次电光效应实现可控波片，并且具有 可调及不需透明 电极等优点，但是其 不正比于 而正比于 。 六、高频电光调制（略）
