3.6_电光效应光折变效应非线性光学效应

3 材料的光学性能
3.1 光传播的基本性质 3.2 光的反射和折射 3.3 材料对光的吸收和色散 3.4 光的散射 3.5 材料的不透明性和半透明性 3.6 电光效应、光折变效应、非线型光学效应 3.7 光的传输与光纤材料 3.8 特种光学材料及其应用

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (1) 电光效应(electro-optical effect) 由于外加电场所引起的材料折射率的变化效应。 电场与折射率的关系：
n = n + aE0 + bE + L
0 2 0
泡克尔斯效应
克尔电光效应
n0：没有加电场E0时介质的折射率 a, b：常数

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (a) 泡克尔斯效应(Pockels effect) 1893年
在没有对称中心的晶体中，外加电场与折射率的 关系具有一次电光效应。 旋转椭球折射率体 三轴椭球光折射率体 （双轴晶体） rc：电光陶瓷的电光系数
1 3 Δn = n rc E 2

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体
透 明 电 极
压 电 晶 体
透 明 电 极
电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播
ΚD
P
偏振片1
不加电场 不加电场
偏振片2
P P22 不透光 不透光

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体
透 明 电 极
压 电 晶 体
透 明 电 极
电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播
ΚD
P
加电场 加电场
偏振片1
偏振片2
原光轴方向附加 原光轴方向附加 双折射效应， 双折射效应，P P22 透光 透光

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (b) 克尔效应(Kerr effect) 1875年
在有对称中心的晶体中，在加强电场的作用下， 介质分子作定向排列而呈现出各向异性，其光学 性质与单轴晶体类似；外电场一旦撤除，这种各 向异性立即消失。
Δn = kλE
2
k：电光克尔常数

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 电光材料：硝基苯 偏振片：P1⊥P2 光沿光轴方向传播 电场⊥光传播方向
偏振片1
不加电场 不加电场
偏振片2
P P22 不透光 不透光

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 电光晶体：硝基苯 偏振片：P1⊥P2 光沿光轴方向传播 电场⊥光传播方向
偏振片1
加电场 加电场
液体呈单轴晶体性 液体呈单轴晶体性 质 质， ，光 光轴 轴∥ ∥E, E, P P 22 透光 透光

偏振片2
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
(2) 电光晶体(electro-optical crystal)及其应用 电光材料的要求： 1.在使用波长范围内对光的吸收、散射要好。 2. 电光系数和折射率要大 3. 折射率随温度变化不能太大 4.电阻率大而介电损耗角小 线性电光材料常用参量：半波电压Vπ 所加电压使诱发的寻常光和非常光的相位差达到 180ο时的电压值。

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (2) 电光晶体(electro-optical crystal)及其应用 磷酸二氢钾 (KH2PO4), 磷酸二氢 氨(NH4H2PO4), LiNbO3, BaTiO3和 Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-x/4O3

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (2) 电光晶体(electro-optical crystal)及其应用 应用：电光调制器，高速开关，眼睛防护器， 颜色过滤器等
M-Z型电光强度调制器

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.2 光折变效应 (1) 现象和特点 20世纪60年代，LiNbO3晶体在强激光照射下出 现可擦除的 “ 光损伤 ”——— 光致折射率变化效 应 光折变效应 材料在光辐射下通过电光效应形成空间电 荷场，由于电光效应引起折射随光强空间分布 而发生变化的效应。

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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
光折变效应的特点 （1）一定意义上讲，光折变效应与光强无关。 光折变效应是起因于光强的空间调制，而不是 光强作用于价键电子云发生形变造成的。因此入 射光的强度，只影响光折变过程进行的速度。 （2）光折变效应在时间响应上有惯性，而且在空间 分布上是非局域响应。 折射率改变的最大处并不对应于光辐射的最 强处。

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