晶体光学lesson6-晶体的电光效应.pdf

晶体的电光效应及光波在电光晶体中的传播晶体的电光效应?晶体的电光效应是一种人工双折射现象?由于人为施加外力场或电场引起?改变晶体内原子的排列方式和分布?本质上是改变电子云的分布引起介电系数的改变-进而改变晶体的折射率椭球参数?可以人工控制-用于电光调制、电光偏转、调 Q 等应用领域晶体的电光效应电磁场在介质中应满足物质关联方程,对光波来说在各向同性晶体中传播时,其电位移矢量 D 和电场强度 E 之间的关联方程为 D = ε· E 其中ε为晶体的介电常数张量。电光效应-晶体在外电场作用下,其光学性质(折射率)的变化。晶体的电光效应 1 、晶体的介电系数随电场强度的变化而变化,是电场强度的函数?我们在波动光学中利用的公式是弱电场近似公式?在外加强电场条件下,介电系数(折射率)随电场强度发生变化?由于折射率变化,光波传输规律也发生变化,我们可以通过研究电场对晶体介电系数的影响,研究电场对光波传输的影响 2 、介电系数与电场强度之间不是简单的线性关系外加电场与介电系数之间的关系?晶体的介电系数可以用二阶张量描述; ?利用晶体电光系数表征晶体介电系数同电场之间的关联; ?晶体电光系数可以表征为-三阶张量?三阶张量只存在于没有对称中心的晶体中, ?所以只有无对称中心的晶体才有电光效应(, , 1,2,3) ij ijk kCDAijk = = (, , 1,2,3) ij ijk kBEijk γ= = 外加电场与介电系数之间的关系?取无对称中心晶体作为研究对象?为了研究方便,我们取外加电场沿晶体的主轴方向,这时电位移矢量同电场强度方向一致。?通过测量表明电位移矢量同电场强度之间满足下列线性关系 023 ... D E aE E εβ=+++ 0 ε为线性介电系数 D E 外加电场与介电系数之间的关系 023 ... D E aE E εβ= +++ 外加电场与介电系数之间的关系 02 0 23... dD aE E dE εεβε==+++ 其中为外加电场为零时的介电系数可以看出晶体的介电系数(或折射率)随外加电场变化而变化; 电光效应-晶体在外电场作用下引起其折射率发生变化的现象外加电场与介电系数之间的关系() () () () 2 20 2 0 2 2 020 22 00 02 00 02 00 23... 23...12 3 . 3 ... 2 3 ... 2 nn aEE n aE E nnaEE n nn a nEE nn a nn E E nn βββββ=+++ =+++=+++ =+ + + ?= + + 将介电系数公式改写为折射率形式其中为外加电场为零时的介电系数由该项引起的折射率变换称为线性电光效应或 pockels 效应 02 00 3 ... 2 a nn E E nn β?= + + 由该项引起的折射率变换称为二次电光效应或 kerr 效应外加电场与介电系数之间的关系