51电光效应及其应用(精)
物理效应及其应用—电光效应
• I = I 0 sin2Δφ/ 2 = I 0 sin2 [π/ 2 • V/Vλ/2]
(2-3)
• 这就是利用泡克尔斯效应进行电光强度或振 幅调制和光开关的原理。
２、电光双稳器
光学双稳器是指具有 两个稳定光强输出的装 置。如图2-5（a）所示， 输出究竟取那个值，由 输入光强Ｉi控制。
•入当ＩＩi大i小于于Ｉ某c，域输值出Ｉ光c，强则突输跳出到光Ｉ强2值Ｉ。t取实Ｉ际1；的当光输学 双稳器没有这种可逆性，其输入－输出特性如图2-5 （ 输b出）由所I1示转。变当为输稳入定光值强I2由；小若变输大入，由在大输变入小为，I并b处不， 会 Ｉ 回线在a时。Ib,处输输出出才由由IＩ２值2变转为变Ｉ为1Ｉ，1很值象，铁而磁是物在质输的入磁降至滞
一、按运输工具分类
• （二）铁路运输 • 1、铁路货物运输按照运输条件的不同分为按普通运输条件办
理的货物运输和按特殊运输条件办理的货物运输两种。
（1）普通货物指在铁路运送过程中，按一般条件办理的货物， 如煤、粮食、木材、钢材、矿建材料。 （2）按特殊条件运送的货物指由于货物的性质、体积、状态 等需要在运输过程中使用特别的车辆装运或需要采取特殊运输 条件和措施，才能保证货物完整和行车安全的货物，如超长、 集重、超限、危险和鲜活易腐等货物。具体分为3类： ① 超长、集重和超限的货物。 ② 危险货物。 ③ 鲜活货物。
Lesson晶体的电光效应
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光效应－晶体在外电场作用下，其光学性质（折射率）的变化。
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。
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 kC D A i j k==(,,1,2,3)ij ijk kB E i j kγ==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=+++0ε为线性介电系数外加电场与介电系数之间的关系外加电场与介电系数之间的关系外加电场与介电系数之间的关系外加电场与介电系数之间的关系外加电场与介电系数之间的关系任意方向的外加电场引起的折射率变化⏹上面给出了沿晶体主轴施加外加电场引起折射率变化的情况；⏹对于任意方向电场我们可以通过下面方式处理：1、研究电场对晶体主轴折射率的影响进而获得新的折射率椭球方程（很复杂）2、直接考虑电场对折射率椭球的影响电场对折射率椭球的影响电场对折射率椭球的影响电场对折射率椭球的影响电场对折射率椭球的影响线性电光系数与外加频率之间关系⏹晶体在外加电场作用下发生受迫振动；⏹当外加电场频率与晶体自身固有频率相同时，振动幅度最大发生共振。
光电效应及其在技术中的应用
光电效应及其在技术中的应用光电效应是指当光束照射到金属表面时，金属中的自由电子受到光照射的能量，从而被激发出来形成电流的现象。
这一现象被广泛应用于技术领域，特别是光电器件和太阳能电池等方面。
本文将介绍光电效应的基本原理、光电器件和太阳能电池的应用。
一、光电效应的基本原理在光电效应中，入射光的能量会促使光照射到金属表面的自由电子获得足够的能量，从而跳出金属的束缚，形成电流。
光电效应的基本原理可以用以下几个重要概念来解释：1. 光子：光子是光的基本单位，具有粒子性和波动性。
光子的能量与光的频率成正比，表现为E=hν，其中E是光子的能量，h是普朗克常数，ν是光的频率。
2. 光电子：当光子照射到金属表面时，金属中的自由电子会受到光子的能量激发，从而跃迁到导带中形成自由电子。
3. 动能平衡：光电效应发生时，光子的能量必须大于或等于金属中自由电子的束缚能，才能使电子跃迁到导带中。
金属中的电子通过吸收光子能量，使能量平衡得到维持。
二、光电器件的应用光电器件是利用光电效应原理制造的具有特定功能的电子元件，广泛应用于通信、显示、传感和测量等领域。
下面我们将介绍几种常见的光电器件及其应用。
1. 光电二极管（Photodiode）：光电二极管是一种具有半导体材料构建的二极管结构，能够将光信号转变为电信号。
它常用于光通信、光量子传感器和光测量等领域，如光电二极管用作数字摄像机的感光器件。
2. 光电倍增管（Photomultiplier Tube）：光电倍增管是一种能够将光信号放大数千倍的器件。
它常用于弱光信号的探测，例如在科学研究、医学成像和天文学观测中，光电倍增管被广泛应用。
3. 光电三极管（Phototransistor）：光电三极管是一种在传统晶体三极管基础上添加光敏材料构成的光控开关。
它可以用于光电阻、自动调光和光电开关等应用，如在光敏传感器和光电控制系统中。
三、太阳能电池的应用太阳能电池是一种将阳光能直接转化为电能的装置。
电光效应
电光效应
泡克尔斯效应引起的相位差： 泡克尔斯效应引起的相位差：
∆ϕ p =
其中
2π
λ
3 no rV
—— 线性电光效应
no—o 光在晶体中的折射率； 光在晶体中的折射率； V —电压； 电压； r — 电光常数。 电光常数。
• 优点 ：响应时间短，外加电压低，克尔效应的 响应时间短，外加电压低， 十分之一。 十分之一。 • 应用 : 电光开关、电光调制器。 电光开关、电光调制器。 如军用固体激光测距机。 如军用固体激光测距机。
电光效应
泡克尔斯效应(1893年 (2) 泡克尔斯效应(1893年)
P1 K K′ P2 ′
·
电光晶体
·
泡克尔斯盒
+ 。 。-
• 不加电场→ P2 无透射光 不加电场→ • 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方向附 加电场→晶体变双轴晶体→
加了双折射效应→ 有透射光。 加了双折射效应→ P2 有透射光。
电光效应
3. 磁致双折射效应
在外磁场作用下， 在外磁场作用下，某些非晶体也会显示出双 折射性质， 人为磁致双折射效应。 折射性质，称人为磁致双折射效应。 佛克脱效应： 佛克脱效应：发生于蒸汽中 科顿-穆顿效应：发生于液体中 科顿-穆顿效应：
ne − no = cλ0H
λo—光在真空中的波长； 光在真空中的波长； 光在真空中的波长 H—磁场强度； 磁场强度； C— 常数。 常数。
F ne − no = k S
光弹性效应
人为双折射产生的e光与 光与o光的位相差为 经人为双折射产生的 光与 光的位相差为
k⋅d ⋅2 π F ne − no + π = ∆ϕ = ⋅ +π λ λ S F 不同→ 不同→ 各处 不同→各处 ∆ϕ 不同→出现干涉条纹 S F 变→ ∆ϕ →干涉情况变。 变 干涉情况变。 S
电光效应
( 1 1 1 + g 63 E z ) x ¢ 2 + ( 2 - g 63 E z ) y ¢ 2 + 2 z 2 = 1 2 n0 n0 ne
(5-2-12)
(5-2-13)
折射率变化为
117
1 3 n0 g 63 E z 2 1 3 n y = n0 + n 0 g 63 E z 2 n z = n z = ne n x = n0 表明 KDP 晶体在 z 轴加电场后，椭球绕 z 轴转( 450 ) xoy 截面变为椭圆。
经主轴变换得
( 1 -g 2 n0
22
(5-2-8)
E ) x¢2 + (
1 +g 2 n0
22
E ) y¢2 = 1
(5-2-9)
新主轴 x ¢ 和 y ¢ 称为感应主轴，对应的折射率为感应主折射率。
2 g 22 E ) -1 2 @ n 0 + n x = (1 - n 0 2 g 22 E ) -1 2 n y = (1 + n 0
~ = u sinwt 加在调制器 (2) T～U 图线为非线性曲线， 当此时有直流电压 u o 和交变电压 u o m
上，相应的位相差为
119
f=
输出光强为
p
up
~ ) = f + f sin w t (u + u m
æ f + f m sin w t ö I 0 ÷= I = I 0 sin 2 ç ç ÷ 2 1 - cos (f + f m sin w t ) 2 è ø 1 = I 0 1 - cos f cos(f m sin w t ) + sin f sin(f m sin w t ) 2
电光效应及其应用
电光效应及其应用摘要：电光晶体在外加电场中，随电场强度变化改变折射率的现象称为电光效应。
利用电光效应进行的调制称为电光调制。
关键词：电光效应、电光调制、电致折射率变化1.电光效应某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度E 的改变，晶体的折射率会发生改变，这种现象称为电光效应。
通常将电场引起的折射率的变化用下式表示:+++=2000bE aE n n （1）式中a 和b 为常数，0n 为00=E 时的折射率。
由一次项0aE 引起折射率变化的效应，称为一次电光效应，也称线性电光效应或普克尔电光效应（pokells ）；由二次项引起折射率变化的效应，称为二次电光效应，也称平方电光效应或克尔效应（kerr ）。
一次电光效应只存在于不具有对称中心的晶体中，二次电光效应则可能存在于任何物质中，一次效应要比二次效应显著。
光在各向异性晶体中传播时，因光的传播方向不同或者是电矢量的振动方向不同，光的折射率也不同。
通常用折射率椭球来描述折射率与光的传播方向、振动方向的关系，在主轴坐标中，折射率椭球方程为1232222212=++n z n y n x （2） 式中1n ，2n ,3n 为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。
如图一所示，从折射率椭球的坐标原点O 出发，向任意方向作一直线OP ，令其代表光波的传播方向k 。
然后，通过O 垂直OP 作椭圆球的中心截面，该截面是一个椭圆，其长短半轴的长度OA 和OB 分别等于波法线沿OP ，电位移矢量振动方向分别与OA 和OB 平行的两个线偏振光的折射率n ′和n ′′。
显然k ，OA ，OB 三者互相垂直，如果光波的传播方向k 平行于x 轴，则两个线偏光波的折射率等于2n 和3n 。
同样当k 平行于y 轴和z 轴时，相应的光波折射率亦可知。
当晶体上加上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球的方程变为1222212213223233222222112=+++++n xy n xz n yz n z n y n x （3） 只考虑一次电光效应，上式与式（2）相应项的系数之差和电场强度的一次方成正比。
电光效应
UP
DOWN
BACK
1. 纵向电光调制(通光方向与电场方向一致) 通光方向与电场方向一致)
x P1 Ii 入射光 L Io 起偏器
~V
z y x′ y′
P2 调制光
λ/4波片 波片
检偏器
纵向电光强度调制
电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间,其中起偏器P1的偏振方向 平行于电光晶体的x轴,检偏器P2的偏振方向平行于y轴,当沿晶体z轴方向加 电场后,它们将旋转45o变为感应主轴x',y'.因此,沿z轴入射的光束经起偏器 变为平行于x轴的线偏振光,进入晶体后(z=0)被分解为沿x'和y'方向的两个分 量,两个振幅(等于入射光振幅的1/ 2 )和相位都相等.分别为:
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UP
DOWN
BACK
通光方向与z轴相垂直,并沿着 方向入射 方向入射(入射光偏振方向 通光方向与 轴相垂直,并沿着y'方向入射 入射光偏振方向 轴相垂直 袖成45 与z袖成 0角),进入晶体后将分解为沿 和z方向振动的两 袖成 ,进入晶体后将分解为沿x'和 方向振动的两 个分量,其折射率分别为n 和 个分量,其折射率分别为 x'和nz;苦通光方向的晶体长度 两电极间距离)为 ,外加电压V 为L,厚度 两电极间距离 为d,外加电压 =Ezd,则从晶体 ,厚度(两电极间距离 , 出射两光波的相位差
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UP
DOWN
BACK
E x′ (0 ) = A cosω c t
E y′ (0) = A cosω c t
电光效应的原理及应用
电光效应的原理及应用概述电光效应是指在某些物质中由于电场的作用而引发的光学现象。
这种现象最早是由法国物理学家亨利·贝克勒尔于1888年发现的，他观察到在一些晶体中，当施加电场时，晶体会发出光线。
电光效应在科学和工程领域中有着广泛的应用，特别是在光电信息技术和光电器件中。
原理电光效应的原理基于晶体的电光效应，晶体是一类特殊的材料，具有非线性光学特性。
当施加电场时，晶体中的正负电荷分布会发生变化，从而使晶体的光学性质也发生改变。
具体来说，电光效应的原理可以通过以下几个方面来解释：1.库仑效应：库仑效应是电光效应的基础，它描述了电场对晶体中电子和离子的相互作用。
根据库仑效应，电场会使晶体中的正负电荷发生位移，从而产生极化效应。
2.变折射率效应：电场的作用会影响晶体的折射率，即光线在晶体中传播时的方向和速度。
当施加电场时，晶体的折射率会发生变化，从而使光线的传播方向产生偏转。
3.双折射效应：某些晶体在电场作用下会表现出双折射现象，即光线在晶体中会分裂成两束，并且传播方向发生变化。
这种双折射效应可以用来制造波片和光电器件。
应用电光效应在光电信息技术和光电器件中有着广泛的应用，以下列举一些常见的应用：1.电光调制器：电光调制器是一种利用电光效应来调制光信号的器件。
它可以根据施加的电场强弱来调节光的强度和相位，从而实现光信号的调制和控制。
2.晶体光学器件：电光效应可以用来制造各种各样的晶体光学器件，如波片、光栅、光纤光开关等。
这些器件在光通信、光谱分析等领域中有重要的应用。
3.光学传感器：利用电光效应可以制作各种光学传感器，用于检测和测量光信号的强度、相位和频率等。
光学传感器广泛应用于环境监测、生物医学、工业检测等领域。
4.光电调制器：电光效应可以用来制造光电调制器，用于将电信号转换成光信号，或将光信号转换成电信号。
光电调制器在光通信和光电信号处理中发挥着重要的作用。
5.光存储器件：电光效应可以用来制造光存储器件，用于存储和读取光信息。
5-10电光效应(Induced optical effects)
光轴平行于入射面时的o光和 光的相对位相延迟 光轴平行于入射面时的 光和e光的相对位相延迟 光和 Kerr 实验发现 n = n|| n⊥ ∝ E 实验发现:
2 V = λKE2 = λK d
2
二次电光效应 Kerr系数 系数
o光和 光的相对位相差 δ = 光和e光的相对位相差 光和 光的相对位相差: P1 ⊥ P2
5-10电光效应 电光效应(Induced optical effects) 电光效应
各向同性物质
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
外界作用
各向异性物质
各向异性物质
外界作用
物质的 各向异性变化
1. 机械感应 光弹效应 机械感应---光弹效应 光弹效应(Photoelasticity) 各向同性或异性材料在外力作用下可产生各向异性的变化， 各向同性或异性材料在外力作用下可产生各向异性的变化， 例如： 例如：玻璃或塑料 通常情况下， 通常情况下，拉伸 压缩 干涉色的分布 工程应用 应力分析 ------ 光弹力学 拉伸或压缩 各向异性
V =0
2π
nl = 2πKl 2 λ d
V2
P2后消光 使得 d = p P2后光强极大
V ≠0
高速Kerr 开关， 响应频率~1010Hz 高速 开关， 响应频率
b. Pockels 效应（1893年） 效应（ 年 一些晶体（电光晶体），加上外电场后， ），加上外电场后 一些晶体（电光晶体），加上外电场后，单轴晶体成为双轴晶 体，双折射大小与电场强度得一次方成正比 Pockels 效应（线性电光效应） 效应（线性电光效应）
Pockels 实 验
n = kE
2
---- 一次电光效应
02-51.1 电光效应的描述
折射率椭球的系数[Bij]是二阶对称张量，有 Bij＝Bji 。因而 [Bij]只有六个 独立分量，(8)式可简化为
B11x12 B22 x22 B33x32 2B23x2 x3 2B31x3x1 2B12 x1x2 1 (9)
B11x12 B12 x1x2 B13x1x3 B21x2 x1 B22 x22 B23x2 x3 B31x3x1 B32 x3x2 B33x32 1 (8)
第5章晶体的感应双折射
第四章学的晶体的双折射现象是由于晶体结构自身的各向异性 决定的，称为自然双折射。
当晶体受到应力、电场、磁场等外界作用，其结构发生变化时， 将产生与外场作用有关的双折射现象，叫做感应双折射。
5.1 电光效应
电光效应：因外加电场使介质光学性质发生变化的效应。
当外加电场足以将原子内场( 3×l08 V/ cm)扰乱到有效程度， 就可以使本来是立方晶体或单轴晶体变为双轴晶体。
如果将没有外加电场的晶体折射率椭球记为
Bi0j xi x j 1
(4)
外加电场后，晶体的感应折射率椭球记为
Bij xi x j 1
则折射率椭球的变化可很方便地用系数的变化 Bij 描述，上式可写成
(Bi0j ΔBij )xi x j 1
(5)
Bij 是由外加电场引起的，它应与外加电场有关系。一般情况下，Bij 可以表示成
(7) B23x2 x3
Hale Waihona Puke 2 B31 x3 x12B12 x1x2
1
(9)
[Bij]是二阶对称张量，将下标 i 和 j 交换其值不变，可将它的二重下标简 化成单个下标，其对应关系为
B11 B22 B33 B23 B31 B12 B1 B2 B3 B4 B5 B6
非线性电光效应的研究及应用
非线性电光效应的研究及应用随着技术的不断进步和人类对物质世界的深入认识，物理学作为一门基础学科正变得越来越重要。
其中，光学作为物理学的重要分支之一，一直以来都备受学界关注。
近年来，革命性的光学技术——非线性光学，尤其是非线性电光效应在光学领域受到广泛应用和研究。
非线性电光效应是指当光通过一个物质时，物质的电极化随光的电场进行强度变化，进而影响光强的变化。
不同于线性光学现象，即当光强度变化很小时，物质的响应也很小，非线性光学现象下，物质的响应会随光的强度变化而非线性增加。
这种效应是非常重要的光学现象，具有非常广泛的应用前景，例如超快光学、量子计算、光子学器件、光子晶体、光通信等领域。
近年来，非线性电光效应在半导体材料中的研究得到了广泛开展，这种材料表现出了较强的非线性光学响应，并被广泛用于光薄膜滤光器、光可控光子晶体、光学全息、高带宽光通信等领域。
其中，半导体材料的非线性光学响应的大小与其宏观物理性质、微观结构和材料纯度等诸多因素有关。
因此，研究半导体材料的非线性电光效应及其影响因素已经成为了该领域研究的热点。
针对不同半导体材料的具体研究，需要从原理和实验两方面入手。
从原理上，需要对相关物理参数和机制有深入理解。
将物理学模型应用于材料的研究中，建立新的材料性质预测模型，为材料的非线性光学设计提供基础和指导。
从实验上，需要通过实验手段来获取材料的具体参数和性质，然后结合数学模型进行分析和研究。
例如，目前光电子显微镜、光响应谱仪、飞秒实验等成为了探究非线性电光效应的常用实验手段。
除了半导体材料之外，钙钛矿材料的非线性光学研究也备受关注。
钙钛矿材料具有优异的光学性质，如较强的储能库存、宽频段的响应等，极具应用前景。
基于钙钛矿材料的非线性光学，请用物理机制和实验方法从先进激光制备、高通量自动试验平臺、自动化试验设备和大规模数据分控四方面进行深入探究，揭示非线性光学以及其在有机光电子器件领域、化学传感领域的应用前景、原理及方法等内容。
光电效应及其在光通信中的应用
光电效应及其在光通信中的应用引言：光通信作为现代通信领域的重要组成部分，具有高速、大容量等优点，成为满足人们日益增长的通信需求的重要手段之一。
而光电效应作为光通信中的重要基础原理，其理论和应用价值已经得到广泛的学术界和工程界的关注。
本文将重点介绍光电效应的概念、产生机理以及在光通信领域的应用。
一、光电效应的概念和基本原理光电效应是指当光照射到某些材料表面时，会引起材料中的电子发生运动并产生电流的现象。
1905年，爱因斯坦基于普朗克量子假设解释了光电效应，他提出光并非连续波动，而是由能量量子，即光子组成，并且对应于一定的能量，与光的频率和波长有关。
光电效应的产生机理是光子与材料表面的原子或分子相互作用，光子能量被电子吸收后，电子将获得能量并跃迁到材料的导带中，从而形成电流。
二、光电效应在光通信中的应用1. 光电探测器光电探测器是光通信系统中的关键器件之一，其作用是将光信号转化为电信号，并将其送到接收端进行解码和处理。
光电探测器通常采用光电效应实现光电转换。
常见的光电探测器包括光电二极管（Photodiode）、光电倍增管（Photomultiplier Tube）以及光电导管（Photoconductive Cell）等。
这些器件具有高速度、高灵敏度、低噪声等优点，广泛应用于光通信系统中的光接收、光检测等环节。
2. 光电集成技术光电集成技术是将光电效应与电子器件相结合的技术，可以实现电光转换和光电转换的一体化。
这种技术可以使光通信系统更加紧凑、高效，并且减少能量损失。
光电集成技术在光通信中的应用主要包括光电芯片、光电模块和光电集成电路等。
光电芯片通过在芯片上集成光电探测器和驱动电路，实现光电信号的快速转换和处理；光电模块将光电器件与光纤接口相结合，方便光信号的接收和传输；光电集成电路通过将光电学和电子学的功能集成在同一芯片上，实现光电信号的高速处理和转换。
3. 光电传感器光电传感器是利用光电效应实现光信号与其他信号（如温度、压力、湿度等）的转换的器件。
光电子学中的电光效应及其应用
光电子学中的电光效应及其应用随着科技的不断发展，光电子学的研究也越来越深入。
光电子学是关于光与电子的相互作用的研究，而电光效应就是其中一项关键内容。
一、什么是电光效应电光效应是指在某些晶体物质中，当电场作用在其表面或内部时，会使一些电子受激发而跃迁到更高的能级，从而产生偏极化现象，使该物质的折射率发生变化。
这个现象也叫作“电光 Kerr 效应”。
电光 Kerr 效应可以分为线性和非线性两种：线性 Kerr 效应是指电场之间的响应是线性的，而非线性 Kerr 效应则发生在高强度电场下，其响应是非线性的。
二、电光效应的应用1. 激光通信激光通信中，光脉冲需要在通信线路中传输，因此需要解决光速度受到介质折射率影响的问题。
利用电光 Kerr 效应可实现光速控制和光相位调制，从而减轻传输过程中光速的影响。
2. 光存储电光 Kerr 效应也可用于光存储器件中。
制造一种高负度的Kerr 晶体，可用于制造快速、高分辨率的光存储器件。
光子在Kerr 晶体中的传输速度约为真空中的光速的 0.5 倍，可以极大地加快数据传输速度。
3. 光开关利用电光 Kerr 效应，可以制造光开关，即将电信号转换成光信号的器件。
光开关可以用在光纤通信系统中，有效降低光信号的噪声。
同时，其快速、稳定、精确的开合速度使其可以被应用在分子电路中。
4. 高分辨率显微镜电光 Kerr 效应可用于实现高分辨率显微镜。
在传统显微镜中，焦点仅能在轴向上调整，而沿侧向偏移时需要重新聚焦。
利用Kerr 玻璃可制造具有光学性能的非线性透镜，使焦点可以在轴向和侧向上进行控制。
5. 光学计算机电光 Kerr 效应也可用于光学计算机的实现。
传统的计算机需要耗费大量电力进行数据处理，但光学计算机可以在使用光传输信号时避免耗费力量。
利用 Kerr 效应，可以实现光学计算器件，加速数据处理速度。
三、总结电光 Kerr 效应具有广泛的应用前景，在光通信、光存储、光开关、显微镜等领域都有重要的应用。
光电效应及其现代应用
光电效应及其现代应用1.什么是光电效应？光电效应是指当光照射到金属表面时，即使光的强度很弱，也会引起电子的发射现象。
这个发现有着重要的科学意义，深刻地改变了人们对光与物质相互作用的认识。
光电效应的基本原理是光子与原子中的电子相互作用，光子的能量被传递给电子，当光子的能量大于某个阈值时，电子获得足够的能量来克服束缚力，从而从物质表面逃逸出来。
2.光电效应的实际应用光电效应不仅在科学研究中有着重要的地位，而且在现实生活中也有许多实际应用。
2.1光电通信光电通信是一种利用光电效应传输信息的技术。
通过将光信号转换为电信号，再通过电路传输，可以实现高速和远距离的信息传输。
光电通信已经广泛应用于互联网、无线通信、数据中心等领域，极大地提高了信息传输的速度和可靠性。
2.2太阳能电池太阳能电池是利用光电效应将光能转换为电能的装置。
当太阳光照射到太阳能电池上时，光子的能量被电池中的半导体材料吸收，并导致电子从原子中释放出来。
这些自由电子可以在电池中形成电流，从而产生电能。
太阳能电池是一种清洁、可再生的能源技术，被广泛应用于无线电力传输、航天器和家庭电力供应等领域。
2.3光电传感器光电传感器是一种利用光电效应测量和检测光信号的装置。
它通常由光源、光探测器和信号处理电路组成。
光电传感器具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的特点，广泛应用于工业、医疗、安防等领域。
例如，在自动门控制系统中，光电传感器可以检测到人体的动态，实现自动开关门的功能。
2.4光电显示器光电显示器是一种利用光电效应显示图像和文字的装置。
它利用光电效应将电信号转化为可见光，从而产生清晰明亮的显示效果。
光电显示器广泛应用于电子设备、计算机显示器、电视等领域，成为现代信息显示技术的重要组成部分。
光电效应是一项重要的科学发现，不仅深刻改变了人们对光与物质相互作用的认识，而且在现实生活中有着广泛的应用。
从光电通信、太阳能电池、光电传感器到光电显示器，光电效应为我们的生活带来了便利和创新。
电光效应在光电器件中的应用
电光效应在光电器件中的应用电光效应是指某些材料在电场的作用下，会发生光的折射现象。
因此，电光效应在光学、光通信和光电子学中得到广泛应用。
特别是在光电器件中，电光效应有着非常重要的应用价值。
一、电光效应的基本原理电光效应的基本原理是将一定电压加到光学材料上，使其发生电场改变，从而引起材料光学性质的变化。
在电场作用下，材料最终产生的折射率变化，也成为了电光系数。
电光系数通常用r表示，当电场作用下，折射率的变化率为：$\frac{\Delta n}{n} = rE$其中，E表示电场的强度，n是不加电场时的折射率，$\Deltan$表示折射率的变化。
二、电光效应的应用1. 光调制器光调制器是光通信中不可或缺的一部分，主要作用是对光信号进行调制。
通过加电来改变材料的折射率，从而使得光学相位改变，达到调制目的。
其中，Pockels效应是最常用的电光效应之一。
Pockels效应是基于双折射现象，即在材料中，入射光线在电场的作用下，被分成来自两个不同的极性的线偏振光。
因此，研究人员通过利用Pockels效应，制造了一些高性能光调制器，这种光调制器可以产生高稳定性、低驱动电压的光信号。
2. 光开关光开关在光通信和光计算中都有着重要的应用。
利用电光效应，我们可以调整光学材料的折射率，从而改变光子在其中的传播方向和路径。
这样，我们便可以通过修改光线的传播路径，来控制光信号的流动。
3. 光闪存器光闪存器是光电子学领域中的一种重要器件。
利用电光晶体制成的光闪存器，可以实现高速光计算和分析。
电光材料在电场的作用下，可以实现快速的折射率变化，使得光信号流动更加顺畅，从而提高了设备的响应速度和稳定性。
4. 激光器激光器是一种重要的激光器件。
通过利用电光效应，我们可以控制激光器内部的光场分布和光学强度，调整激光的波长和功率，从而制造出高品质的激光器件。
三、结语电光效应在光电器件中有着极为重要的应用价值，在光学、光通信和光电子学领域都得到广泛的应用。
电光效应
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电光效应
• 当介质中存在足够大的外加电场时，会扰 乱原子内场，导致介质光学性质的显著变 化，当光波通过此介质时，其传输特性就 受到影响而改变，这种现象称为电光效应 • 在晶体未加外电场时，主轴坐标系中，折 射率椭球由如下方程描述：
x2 y2 z2 + 2 + 2 =1 2 nx ny nz
3 ϕn = 2π nx′ L = 2π L (n0 − 1 n0 γ 63 Ez ) 2 λ λ 3 ϕn = 2π ny′ L = 2π L (n0 + 1 n0 γ 63 Ez ) λ λ 2
x′ y′
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电光相位延迟
• 相位差为 3 3 ∆ϕ = ϕn − ϕ n = 2π Ln0γ 63E z = 2π n0γ 63V λ λ • 式中的 V = Ez L 是沿 z 轴加的电压； • 当电光晶体和通光波长确定后，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 • 当相位差为π时加的电压值，称为“半波电 V 压”，通常用 π 或Vλ /2 表示：
1 1 ′2 + ( 2 − γ 63 Ez ) y′2 = 1 ( 2 + γ 63 Ez ) x n0 n0
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电光相位延迟
• 当一束线偏振光沿着 z 轴方向入射晶体，且 E 矢量 沿 x 方向，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。由于二者的折射率不同， 则沿x’ 方向振动的光传播速度快，而沿 y’ 方向振动 的光传播速度慢，当它们经过长度 L 后所走的光程 分别为 nx’L 和ny’L，这样，两偏振分量的相位延迟 分别为
液晶电光效应及其应用
液晶光电效应及应用摘要：文章介绍了液晶的基本原理，着重阐述了液晶光开关的工作原理及其性质，并根据其性质开展了一系列的实验，如测量液晶光开光的电光特性曲线及响应时间等。
关键词：液晶光开关时间响应视角特性一、引言液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态，既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。
液晶与液体、晶体之间的区别是：液体是各向同性的，分子取向无序；液晶分子取向有序，但位置无序，而晶体二者均有序。
液晶分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异性特性的物质，如果对这样的物质施加电场，随着液晶分子取向结构发生变化，它的光学特性也随之变化，这就是通常说的液晶的电光效应。
二、实验原理1．液晶光开关的工作原理液晶作为一种显示器件，其种类很多，下面以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。
TN型光开关的结构如图1所示。
在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；使电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。
上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。
然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。
如图1所示。
理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。
取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。
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5.1 电光效应
5.1.1 电光效应的描述
5.1.2 晶体的线性电光效应 5.1.3 晶体的二次电光效应 5.1.4 晶体电光效应的应用举例
4
5.ห้องสมุดไป่ตู้.1 电光效应的描述
各向同性的、均匀的、线性的、稳定光学介质，在不受
任何外电场作用时，其光学性质是稳定的。
现对该介质施加一个外电场，当加到介质上的外电场足 够强、以致于强到足以和原子的内电场（≈3×10 8V/cm）
0 1 2 1 2 0 0 2 0 3 2 3 2 e
分别为单轴晶体的寻常光和非常光的主折射率。
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当晶体外加电场时，折射率椭球发生形变。通过查阅手 册，可以得到KDP(42 m晶类)型晶体的线性电光系数矩阵其 ［Δ Ｂi］为：
0 0 B1 B 0 0 2 B3 0 0 B4 41 0 B5 0 41 B6 0 0
取向的变化
由空间解析几何理论，描述晶体光学各向异性的折射率 椭球在直角坐标系(O-x1x2x3)中的一般形式为：
7
xi x j
若令：
n
2 ij
1
i, j 1,2,3
1 2 ni j
Bi j
则折射率椭球的表示式为：
Bij xi x j 1
如果将没有外加电场的晶体折射率椭球记为：
B xi x j 1
0 0 0 0 63 0
E1 E 2 E3
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因此：
B1 0 B2 B3 B4 B5 B6
0 0 41 E1 41 E2 63 E3
0 ij
则外加电场后，晶体的感应折射率椭球可记为：
Bij xi x j 1
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则折射率椭球的变化，可以很方便地用系数的变化Δ Bij 描述，上式可写成 ：
( B Bij ) xi x j 1
0 ij
在这里，仅考虑Δ Bij是由外加电场引起的，它应与外加电 场有关系。一般情况下，Δ Bij可以表示成 ：
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由此，可得KDP型晶体的感应折射率椭球表示式：
B x B x B x
0 1 2 1 0 2 2 2 0 3
2 3
2 41 ( E1 x2 x3 E2 x3 x1 ) 2 63 E3 x1 x2 1
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(2) 外加电场平行于光轴的电光效应
相应于这种工作方式的晶片是从KDP型晶体上垂直于光 轴方向(x3轴)切割下来的， 通常称为x3 -切割晶片。在未 加电场时，光沿着x3方向传播不发生双折射。当平行于x3方 向加电场时，感应折射率椭球的表示式为：
相比拟时，则在这种情况下，原子的内电场就会受到强烈的
影响，原子的形状和能级结构等等就会发生一系列畸变；与 之相应，介质的光学性质也会发生改变——即介质的折射率 会发生改变，折射率的改变量与外加电场密切相关、并且是 外电场的显函数。
5
实验研究的结果还表明：各向异性的光学晶体， 在足够强的外电场作用下，其光学各向异性性质 会进一步加剧。
5.1.2 晶体的线性电光效应
按照介质折射率改变量与外加电场之间的函数关系的不
同，可将电光效应划分为以下两个大的类型：
1）.线性电光效应
介质折射率改变量与外加电场的一次方成正比。
2）.非线性电光效应
介质折射率改变量不仅与外加电场的一次方有关，而且 还与外加电场的二次方（即平方）、三次方、乃至任意的高 次方有关，并且是它们的显函数。
介质在足够强的外电场作用下，其光学性质
发生改变（即折射率发生变化）的这一现象，叫
做电致感应双折射，或者称为电光效应。
6
由前面的讨论已知，光在晶体中的传播规律遵从光的电
磁理论，利用折射率椭球可以完整而方便地描述出表征晶体 光学特性的折射率在空间各个方向的取值分布。显然，外加 电场对晶体光学特性的影响，必然会通过折射率椭球的变化 反映出来。因此，可以通过晶体折射率椭球的大小、形状和
Δ Bij=γ
ijkEk+hijpqEpEq+…
i, j, k, p, q=1, 2, 3
上式中，等号右边第一项描述了Δ Bij与Ek的线性关系， ［ ijk］是三阶张量，称为线性电光系数，由这一项所描述的 电光效应叫做线性电光效应， 或普克尔(Pockels)效应；等号 右边第二项描述了Δ Bij与外加电场的二次关系，［hijpq］是四阶 张量，称为二次非线性电光系数，由这一项所描述的电光效应 叫作二次电光效应，或克尔(Kerr)效应。 9
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图 5-1 KDP型晶体外型图
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(1) KDP型晶体的感应折射率椭球
KDP型晶体无外加电场时，折射率椭球为旋转椭球，在主
轴坐标系(折射率椭球主轴与晶轴重合)中，折射率椭球方程
为:
B (x x ) B x 1
0 1 2 1 2 2 0 3 2 3
式中：
B 1/ n 1/ n B ; B 1/ n 1/ n ; n0 , ne
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1. 线性电光系数
对于线性电光系数［γijk］，因其前面两个 下标i, j互换时，对［ΔBij］没有影响，所 以也可将这两个下标简化为单个下标。经 过这些简化后，只计线性电光效应，可得 如下结果： ΔBi=γijEj i = 1, 2, …, 6; j = 1, 2, 3
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2.
A. KDP KDP(KH2PO4,磷酸二氢钾)晶体是水溶液培养的一种人工 晶体，由于它很容易生长成大块均匀晶体，在0.2～1.5 μm 波长范围内透明度很高，且抗激光破坏阈值很高，所以在光 电子技术中有广泛的应用。它的主要缺点是易潮解 KDP晶体是单轴晶体，属四方晶系。属于这一类型的晶体 还有ADP(磷酸二氢氨)、KD*P(磷酸二氘钾)等，它们同为42 m晶体点群，其外形如图 5-1所示，光轴方向为x3轴方向。
第5章 晶体的感应双折射
1
自然双折射：由于晶体结构自身的各向异 性决定，光在其内传播时产生的双折射现 象。又叫晶体的固有双折射。 感应双折射：当光通过有加电场、超声场 或磁场的晶体时，将产生与外场作用有关 的双折射现象。又叫晶体的感应各向异性。
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Contents
电光效应 5.2 声光效应 5.3 磁光效应（法拉第效应）