物理效应及其应用—电光效应
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
类似地，由ψ2,1,1，ψ2,1,-1的线性组合可得两个组合 量子态。后两个组合量子态能量位移为零， ψ1的能量位移为3ea0E，ψ2的能量位移为一3ea0E ， 其中a0为玻尔半径，e为电子电量，E为外电场强度。
１、氢原子的线性斯塔克效应
•这种能量位移量，很象一个偶极子与外电场下 之间的相互作用能。
第二章 电光效应
• 从电的角度来看，物质系统是正、负电荷 （或偶极子）束缚在一 起组成的。
•施加外电场必然会引起内部束缚电荷分布及电性 质的变化，从而导致物质光学特性的变化。这种 电致光学性质的变化统称为广义电光效应。 •其光性质的变化包括光的频率、振幅、相位、偏 振状态、传播方向等的变化。利用电场来控制光 的变化，无疑有广泛的科学技术价值。 效应与电场成正比的称为线性电光效应，与电场 平方成正比的称为平方（或非线性）电光效应。
１、氢原子的线性斯塔克效应 在外电场中原子光谱 线的分裂，归因于原子能 级的简并。
•主量子数 n 一定的能级,含有 若干角量子数l和磁量子数 m 不同的量子态。无外场时这 些量子态具有近似相同的能 量， •施加外电场以后，简并被部 分地或全部地解除。 •简并解除后，不同组合量子态 将具有不同的能量。一个简并 能级便分裂为多个能级。
• 两个互相垂直的光振动的位相差为π。式中Ｖ λ/２称为半波电压。它是使二者之间产生λ/２ 的光程差或π的相位差所加的电压。这时ＫＤ Ｐ出射的仍然是线偏振光，但偏振方向正好平 行偏振器Ｐ２的偏振化方向，从ＫＤＰ出来的 为椭圆偏振光，对应不同的电压，从Ｐ２出射 的光强为 • 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。
不加外电场，对单轴晶体，光 轴沿Z方向，当光沿Z轴方向 传播不会发生双折射；相应于 主折射率轴分别为n0、ne（n0 为对寻常光O光， ne对非常光 e光的折射率），沿X、Y轴的 主折射率没有差别， 若沿Z轴方向加电场E，这时晶体不再是单轴晶体，而成为双 轴晶体，X、Y轴也不再是主轴，Xˊ、Yˊ轴却成为主轴。 当光振动平行于Xˊ轴，相应的主折射率变成nxˊ，光传播 的速度为υzˊ；当光振动平行于Yˊ轴，相应的主折射率变 成nyˊ，光传播的速度为υz″；光振动沿不同方位有不同折射 率和传播速度。电场改变了主轴，并使两个主轴折射率有了 差异。
•氢原子第一激发态的行为好象一个偶极矩的行为3ea0 的 电偶极子的行为，它相对外场E有三种取向：
•一种是平行外场，一种是反平行外场场，还有一体是垂 直外场取向,
•对应的附加能量是－3 e a0 E, 3 e a0 E和 0
•因 此 ， 在 外 电 场 中 ， n ＝ 2 的 能 级 分 裂 成 三 个 级 。 对n＝3的能级，会作类似分裂。由于能级的分裂， n ＝3和n ＝2能级之间的跃迁谱线，将由一条谱线分裂为 多条谱线。可能的跃迁如图2－2所示。
第2节 泡克尔斯效应
•1893年德国物理学家泡克尔斯发现 •原本具有双折射的晶体，当加上直流或低频电压时，晶体的 双折射特性会发生变化，后来人们称它为泡克尔场效应。
•泡克尔斯广泛地研究了这个效应，确认电压诱 发的这双析射效应正比于所加电压或电场的一 次方，故又称它为线性电光效应。 •线性电光效应仅在无中心对称的晶体中存在，在 32种晶体对称性中，有20种显示泡克尔斯效应， 有泡克尔斯效应的晶体同样也具有压电效应。
１、氢原子的线性斯塔克效应 •氢原子的第一激发态（n＝ 2）就是四度简并的，标 明 这 四 个 量 子 态 的 波 函 数 可 记 为 ψ2,0,0 ， ψ2,1,0 ， ψ2,1,1，ψ2,1,-1。施加外电场后，组合量子态为
•Ψ1＝１／2（ ψ2,0,0－ψ2,1,0）；
•Ψ２＝１／2（ ψ2,0,0＋ψ2,1,0）
•ｎ＝ ｎ´ｙ－ｎｚ＝ｎ０３６３Ｅ / 2 •沿ｘ´传播距离为d，对应ｙ´ 、ｚ偏振相位差为：
• ＝ 2 ｎd ＝ ｎ０３６３Ｅｄ/ • ＝ ｎ０３６３ ( d / L ) Ｖ / 0 0
（２－２）
•泡克尔斯效应提供了用电场控制光传播和光强度的方法
1．电光调制器
•电光晶体（KDP)两端做涂层透明 电极，通过它对kDP施加电场。无 外加电场V＝0时，入射光通过偏振 片P1 ，线偏振光通过它时无双折 射，，遇光轴与偏振器P1光轴（偏 振化方向）垂直的偏振器P2，出射 光为零。 •当在光传播方向（KDP光轴方向） 施加电压V后，kDP的主轴便由X、 Y轴变到X ′Y′轴。偏振方向沿X 轴 的线偏振光的振幅A将向X ′Y′ 轴分 解为Ａx′Ａy′，成为两列偏振方向垂 直的线偏振光。 •它们在KDP中传播具有不同的速度， 在KDP出口处的相位差由式（2一1） 决定。在出口处是同频率的两个互 相垂直的光振动的叠加，当电压 •Ｖ＝Ｖ / 2 ＝ 0 / ２ｎ０３６３
第1节 斯塔克效应
1913年斯塔克（Stark） 发现置于电场中的氢原子发 射的巴耳未光谱线较之无电 场时分裂出若干频率发生变 化的谱线（如图2-1所示 ）， 施加外电场后，原子辐射 这些分离谱线的排列有一定的 （或吸收）的频率和大小发 生变化，说明原子在电场作 规律,谱线的间距总可被一个最小间 用下能级发生了分裂和位移。 距除尽，谱线的劈列间距与电场强 度的一次方成比例。这种斯塔克效 应称为一次（或线性）斯塔克效应。 外电场使光谱线发生 但有的原子观察不到一阶斯塔克效 应，却能观察到较弱的二阶斯塔克 分裂和位移的现象，称 效应，这时谱线的裂距与电场强度 二次方成比例。 为斯塔克效应。
２、二阶斯塔克效应
•按量子力学分析，一个原子具有永久偶极矩Байду номын сангаас 条件是未被外场拢动时能级是简并的，且含有相 反宇称的量子态，氢原子属这种情形。 •对于无永久偶极矩的原子，外加电场会使原子 正负电荷中心分离引起极化，产生附加诱导偶极 矩，这偶极矩正比于外电场E ， •即P＝E， 为原子静电极化率， •与所有量子数有关，对每种电子组态都是不 同的。这诱导偶极矩又处于外电场中，与外电场 相互作用的附加能量ΔE＝1/2 E2。对不同量子 态，有不同和不同能量位移，致使产生不同能 级分裂和谱线分裂。
第3节电光克尔效应 •
第一个电光效应是苏格兰物理 学家克尔（John Kerr）在1875年 发现的。他发现
•某些各向同性的透明物质处在电 场Ｅ中变成了双折射物质，这现 象被称为电光科尔效应。
•如 图 ２ － ８ 所 示 ， 有 各 向 同 性 物 质 •电光克尔效应与泡克尔斯效应的差别 （如液体），在与透射光垂直的方向上 是：这效应中折射率变差与电场强度 施加高电压，各向同性物质便出现各向 的平方成正比，是二次电光效应，所 用材料不是压电晶体，而是原本无双 异性特征。这时，它很象一个单轴晶体， 折射的各向同性物质；泡克尔斯效应 光轴与所加电场方向一致。 是一次电光效应，是改变原本有双折 •对平行和垂直电场的光振动，物质显 射的晶体的双折射特性。 现的折射率（光速）不同，分别为ｎｅ •液体中的电光克尔效应，可归因于电 和ｎｏ，它们的差为： 场使具有各向异性的分子趋于沿电场方 ２ •Δ ｎ＝ｎｅ－ｎｏ＝Ｋλ ０Ｅ 向取向排列所致。在这里，单个分子的 •式中，K 称为克尔常数，λ ０是光在真 各向异性是重要的。对于固体，情况相 当复杂，但总的效果是要造成各向异性。 空的波长。
前述电光强度调制器是用加 在电光晶体上的调制电压去控制 光的输出，也就是用加在电光晶 体上的电压改变互相垂直的光振 动分量通过晶体产生的相位差， 达到调制输出光强的目的。在调 制电压一定的情况下，输出光强 与输入光强呈线性关系。
放大器 Ii ⊙
光电探测器
It
P1 偏振片 P 2 偏振片
图2-6 光学双稳装
３、里德堡原子和斯塔克效应
对于原子，存在大量激发态，一个原子中如果有一个电子处于主 量子数n很大的高激发态，便称为里德堡（Rydberg）原子。 •里德堡原子特性奇特，它的原子半径约为基态原子半径的105倍，庞 大的尺度，可以包容另一原子于其中；它也是长寿命的，它极易受外 场影响，相当弱的电场就会引起里德堡原子的强烈畸变，也可被磁场 挤压变形。 •里德堡原子的存在，开辟了原子物理研究的新领域，即研究经典力学 和量子力学交界的地带。这对于理解量子现象是很有意义的。 •里德堡原子的研究还对激光同位素分离、等离子体诊断、射电天文等， 有令人感兴趣的技术和科学价值。激光同位素分离的原理是基于同位 素核质量的差异会引起谱线产生位移和差异，利用激光对某同位素进 行选择性光电离，便可达到分离同位素的目的。测定灼热星体周围存 在的里德堡原子发射谱线的强度和宽度，可估算星体温度，谱线的位 置可提供有关星体距离和速度的信息。 •当原子处于高激发态成为里德堡原子后，和氢原子一样，在外电场中 会有显著的线性斯塔克效应。里德堡原子由斯塔克效应引起的能级的 总劈裂宽度近似与n2成正比。（ΔE≈3/2 n2E）因此，里德堡原子产生 线性斯塔克效应的电场低得多，
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。
•当Ｉi小于某域值Ｉc，则输出光强Ｉ t 取Ｉ 1 ；当输 入Ｉi大于Ｉc，输出光强突跳到Ｉ2值。实际的光学 双稳器没有这种可逆性，其输入－输出特性如图2-5 （b）所示。当输入光强由小变大，在输入为I b处， 输出由I1转变为稳定值I2 ；若输入由大变小，并不 会在Ib处输出由I２值转变为Ｉ1值，而是在输入降至 Ｉa时,输出才由Ｉ 2 变为Ｉ 1 ，很象铁磁物质的磁滞 回线。
• 斯塔克效应的观察不如后面将要叙述 的塞曼效应那么容易。因为原子的内电场 很强。以氢原子基态为例，玻尔轨道附近 的电场高达5X109 V/cm，106 V／cm的外电 场（已不易产生）较之内电场也只算得是 一个微拢。因此，在原子物理学中斯塔克 效应远不如塞曼效应那样引人注意和感兴 趣。但近些年随着里德堡原子的发现和产 生这种原子技术的提高，斯塔克效应的价 值又开始受到重视。
克尔电光调制器
•如图2-9 ，在玻璃盒中安装 有效长度为L、 间距为d的两 个平板电极，并充以有机分 子液体构成所谓克尔盒。然 后在透光方向放置两个偏振 器，其偏振化方向互相垂直， 并与所加电场分别成±４５ °角。 在克尔盒中，当电压为零时透过偏振器P２的光为零，当 施加电压Ｖ以后，平行和垂直电场的光振动（相当于非 常光e，寻常光0）通过克尔盒后的相位差为： •Δφ＝ 2πΔnL/ λ０＝ ２πＫLＥ2 ＝２πＫLＶ2 / ｄ2 ＝ πＶ2 / { d / ( 2 K L) 1/2} 2
•但是，如图2-6所示，只要将电光调制器加上正反馈，将输出 光的一部分由光探测器接收变成电信号并放大，用这放大的 电信号去控制加在电光晶体上的电压，正反馈产生的非线性 使装置具有如图２－５（ｂ）所示的双稳特性，这便成了一 个光学双稳器。 • 光学双稳器可用来作为二进制光逻辑部件，也可作为光控 开关，对光脉冲进行限幅和整形，在光通信和光计算中有重 要的应用。
3．光波导中电光改向与调制 • 如图2－７所示；
•在光波导层的表面制作叉 指形电极，加上电压后波 导层内的折射率将呈周期 性变化，好似一个“光 栅”。如果光以θ角入射， 在2θ方向上将得衍射光线， 衍射光的强度I随电压V变 化。 •Ｉ＝ＩOｓｉｎ2 （ＢＶ） •式中Ｂ是与波导层折射率 及电光系数有关的系数。
泡克尔斯效应折射率与电压关系
• 纵向光电效应：(Ｅ电场//Ｚ主轴，光//E)引起主折射率的变化
• ｎ＝ ｎ´ｙ－ｎ´ｘ＝ｎ０３６３Ｅ （ ６３为光电系数） • 偏振方向沿ｘ´ ，ｙ´的两列光波，沿ｚ方向传播距离L，
电场引起的光程差ｎL，相位差２ ｎL / 0即(V=EL) • ＝２ｎ０３６３ＥL / 0 ＝ ２ｎ０３６３Ｖ/ 0（２－１） •横向光电效应： (Ｅ电场Ｚ主轴)引起主折射率的变化
１、氢原子的线性斯塔克效应
•这种能量位移量，很象一个偶极子与外电场下 之间的相互作用能。
第二章 电光效应
• 从电的角度来看，物质系统是正、负电荷 （或偶极子）束缚在一 起组成的。
•施加外电场必然会引起内部束缚电荷分布及电性 质的变化，从而导致物质光学特性的变化。这种 电致光学性质的变化统称为广义电光效应。 •其光性质的变化包括光的频率、振幅、相位、偏 振状态、传播方向等的变化。利用电场来控制光 的变化，无疑有广泛的科学技术价值。 效应与电场成正比的称为线性电光效应，与电场 平方成正比的称为平方（或非线性）电光效应。
１、氢原子的线性斯塔克效应 在外电场中原子光谱 线的分裂，归因于原子能 级的简并。
•主量子数 n 一定的能级,含有 若干角量子数l和磁量子数 m 不同的量子态。无外场时这 些量子态具有近似相同的能 量， •施加外电场以后，简并被部 分地或全部地解除。 •简并解除后，不同组合量子态 将具有不同的能量。一个简并 能级便分裂为多个能级。
• 两个互相垂直的光振动的位相差为π。式中Ｖ λ/２称为半波电压。它是使二者之间产生λ/２ 的光程差或π的相位差所加的电压。这时ＫＤ Ｐ出射的仍然是线偏振光，但偏振方向正好平 行偏振器Ｐ２的偏振化方向，从ＫＤＰ出来的 为椭圆偏振光，对应不同的电压，从Ｐ２出射 的光强为 • 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。
不加外电场，对单轴晶体，光 轴沿Z方向，当光沿Z轴方向 传播不会发生双折射；相应于 主折射率轴分别为n0、ne（n0 为对寻常光O光， ne对非常光 e光的折射率），沿X、Y轴的 主折射率没有差别， 若沿Z轴方向加电场E，这时晶体不再是单轴晶体，而成为双 轴晶体，X、Y轴也不再是主轴，Xˊ、Yˊ轴却成为主轴。 当光振动平行于Xˊ轴，相应的主折射率变成nxˊ，光传播 的速度为υzˊ；当光振动平行于Yˊ轴，相应的主折射率变 成nyˊ，光传播的速度为υz″；光振动沿不同方位有不同折射 率和传播速度。电场改变了主轴，并使两个主轴折射率有了 差异。
•氢原子第一激发态的行为好象一个偶极矩的行为3ea0 的 电偶极子的行为，它相对外场E有三种取向：
•一种是平行外场，一种是反平行外场场，还有一体是垂 直外场取向,
•对应的附加能量是－3 e a0 E, 3 e a0 E和 0
•因 此 ， 在 外 电 场 中 ， n ＝ 2 的 能 级 分 裂 成 三 个 级 。 对n＝3的能级，会作类似分裂。由于能级的分裂， n ＝3和n ＝2能级之间的跃迁谱线，将由一条谱线分裂为 多条谱线。可能的跃迁如图2－2所示。
第2节 泡克尔斯效应
•1893年德国物理学家泡克尔斯发现 •原本具有双折射的晶体，当加上直流或低频电压时，晶体的 双折射特性会发生变化，后来人们称它为泡克尔场效应。
•泡克尔斯广泛地研究了这个效应，确认电压诱 发的这双析射效应正比于所加电压或电场的一 次方，故又称它为线性电光效应。 •线性电光效应仅在无中心对称的晶体中存在，在 32种晶体对称性中，有20种显示泡克尔斯效应， 有泡克尔斯效应的晶体同样也具有压电效应。
１、氢原子的线性斯塔克效应 •氢原子的第一激发态（n＝ 2）就是四度简并的，标 明 这 四 个 量 子 态 的 波 函 数 可 记 为 ψ2,0,0 ， ψ2,1,0 ， ψ2,1,1，ψ2,1,-1。施加外电场后，组合量子态为
•Ψ1＝１／2（ ψ2,0,0－ψ2,1,0）；
•Ψ２＝１／2（ ψ2,0,0＋ψ2,1,0）
•ｎ＝ ｎ´ｙ－ｎｚ＝ｎ０３６３Ｅ / 2 •沿ｘ´传播距离为d，对应ｙ´ 、ｚ偏振相位差为：
• ＝ 2 ｎd ＝ ｎ０３６３Ｅｄ/ • ＝ ｎ０３６３ ( d / L ) Ｖ / 0 0
（２－２）
•泡克尔斯效应提供了用电场控制光传播和光强度的方法
1．电光调制器
•电光晶体（KDP)两端做涂层透明 电极，通过它对kDP施加电场。无 外加电场V＝0时，入射光通过偏振 片P1 ，线偏振光通过它时无双折 射，，遇光轴与偏振器P1光轴（偏 振化方向）垂直的偏振器P2，出射 光为零。 •当在光传播方向（KDP光轴方向） 施加电压V后，kDP的主轴便由X、 Y轴变到X ′Y′轴。偏振方向沿X 轴 的线偏振光的振幅A将向X ′Y′ 轴分 解为Ａx′Ａy′，成为两列偏振方向垂 直的线偏振光。 •它们在KDP中传播具有不同的速度， 在KDP出口处的相位差由式（2一1） 决定。在出口处是同频率的两个互 相垂直的光振动的叠加，当电压 •Ｖ＝Ｖ / 2 ＝ 0 / ２ｎ０３６３
第1节 斯塔克效应
1913年斯塔克（Stark） 发现置于电场中的氢原子发 射的巴耳未光谱线较之无电 场时分裂出若干频率发生变 化的谱线（如图2-1所示 ）， 施加外电场后，原子辐射 这些分离谱线的排列有一定的 （或吸收）的频率和大小发 生变化，说明原子在电场作 规律,谱线的间距总可被一个最小间 用下能级发生了分裂和位移。 距除尽，谱线的劈列间距与电场强 度的一次方成比例。这种斯塔克效 应称为一次（或线性）斯塔克效应。 外电场使光谱线发生 但有的原子观察不到一阶斯塔克效 应，却能观察到较弱的二阶斯塔克 分裂和位移的现象，称 效应，这时谱线的裂距与电场强度 二次方成比例。 为斯塔克效应。
２、二阶斯塔克效应
•按量子力学分析，一个原子具有永久偶极矩Байду номын сангаас 条件是未被外场拢动时能级是简并的，且含有相 反宇称的量子态，氢原子属这种情形。 •对于无永久偶极矩的原子，外加电场会使原子 正负电荷中心分离引起极化，产生附加诱导偶极 矩，这偶极矩正比于外电场E ， •即P＝E， 为原子静电极化率， •与所有量子数有关，对每种电子组态都是不 同的。这诱导偶极矩又处于外电场中，与外电场 相互作用的附加能量ΔE＝1/2 E2。对不同量子 态，有不同和不同能量位移，致使产生不同能 级分裂和谱线分裂。
第3节电光克尔效应 •
第一个电光效应是苏格兰物理 学家克尔（John Kerr）在1875年 发现的。他发现
•某些各向同性的透明物质处在电 场Ｅ中变成了双折射物质，这现 象被称为电光科尔效应。
•如 图 ２ － ８ 所 示 ， 有 各 向 同 性 物 质 •电光克尔效应与泡克尔斯效应的差别 （如液体），在与透射光垂直的方向上 是：这效应中折射率变差与电场强度 施加高电压，各向同性物质便出现各向 的平方成正比，是二次电光效应，所 用材料不是压电晶体，而是原本无双 异性特征。这时，它很象一个单轴晶体， 折射的各向同性物质；泡克尔斯效应 光轴与所加电场方向一致。 是一次电光效应，是改变原本有双折 •对平行和垂直电场的光振动，物质显 射的晶体的双折射特性。 现的折射率（光速）不同，分别为ｎｅ •液体中的电光克尔效应，可归因于电 和ｎｏ，它们的差为： 场使具有各向异性的分子趋于沿电场方 ２ •Δ ｎ＝ｎｅ－ｎｏ＝Ｋλ ０Ｅ 向取向排列所致。在这里，单个分子的 •式中，K 称为克尔常数，λ ０是光在真 各向异性是重要的。对于固体，情况相 当复杂，但总的效果是要造成各向异性。 空的波长。
前述电光强度调制器是用加 在电光晶体上的调制电压去控制 光的输出，也就是用加在电光晶 体上的电压改变互相垂直的光振 动分量通过晶体产生的相位差， 达到调制输出光强的目的。在调 制电压一定的情况下，输出光强 与输入光强呈线性关系。
放大器 Ii ⊙
光电探测器
It
P1 偏振片 P 2 偏振片
图2-6 光学双稳装
３、里德堡原子和斯塔克效应
对于原子，存在大量激发态，一个原子中如果有一个电子处于主 量子数n很大的高激发态，便称为里德堡（Rydberg）原子。 •里德堡原子特性奇特，它的原子半径约为基态原子半径的105倍，庞 大的尺度，可以包容另一原子于其中；它也是长寿命的，它极易受外 场影响，相当弱的电场就会引起里德堡原子的强烈畸变，也可被磁场 挤压变形。 •里德堡原子的存在，开辟了原子物理研究的新领域，即研究经典力学 和量子力学交界的地带。这对于理解量子现象是很有意义的。 •里德堡原子的研究还对激光同位素分离、等离子体诊断、射电天文等， 有令人感兴趣的技术和科学价值。激光同位素分离的原理是基于同位 素核质量的差异会引起谱线产生位移和差异，利用激光对某同位素进 行选择性光电离，便可达到分离同位素的目的。测定灼热星体周围存 在的里德堡原子发射谱线的强度和宽度，可估算星体温度，谱线的位 置可提供有关星体距离和速度的信息。 •当原子处于高激发态成为里德堡原子后，和氢原子一样，在外电场中 会有显著的线性斯塔克效应。里德堡原子由斯塔克效应引起的能级的 总劈裂宽度近似与n2成正比。（ΔE≈3/2 n2E）因此，里德堡原子产生 线性斯塔克效应的电场低得多，
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。
•当Ｉi小于某域值Ｉc，则输出光强Ｉ t 取Ｉ 1 ；当输 入Ｉi大于Ｉc，输出光强突跳到Ｉ2值。实际的光学 双稳器没有这种可逆性，其输入－输出特性如图2-5 （b）所示。当输入光强由小变大，在输入为I b处， 输出由I1转变为稳定值I2 ；若输入由大变小，并不 会在Ib处输出由I２值转变为Ｉ1值，而是在输入降至 Ｉa时,输出才由Ｉ 2 变为Ｉ 1 ，很象铁磁物质的磁滞 回线。
• 斯塔克效应的观察不如后面将要叙述 的塞曼效应那么容易。因为原子的内电场 很强。以氢原子基态为例，玻尔轨道附近 的电场高达5X109 V/cm，106 V／cm的外电 场（已不易产生）较之内电场也只算得是 一个微拢。因此，在原子物理学中斯塔克 效应远不如塞曼效应那样引人注意和感兴 趣。但近些年随着里德堡原子的发现和产 生这种原子技术的提高，斯塔克效应的价 值又开始受到重视。
克尔电光调制器
•如图2-9 ，在玻璃盒中安装 有效长度为L、 间距为d的两 个平板电极，并充以有机分 子液体构成所谓克尔盒。然 后在透光方向放置两个偏振 器，其偏振化方向互相垂直， 并与所加电场分别成±４５ °角。 在克尔盒中，当电压为零时透过偏振器P２的光为零，当 施加电压Ｖ以后，平行和垂直电场的光振动（相当于非 常光e，寻常光0）通过克尔盒后的相位差为： •Δφ＝ 2πΔnL/ λ０＝ ２πＫLＥ2 ＝２πＫLＶ2 / ｄ2 ＝ πＶ2 / { d / ( 2 K L) 1/2} 2
•但是，如图2-6所示，只要将电光调制器加上正反馈，将输出 光的一部分由光探测器接收变成电信号并放大，用这放大的 电信号去控制加在电光晶体上的电压，正反馈产生的非线性 使装置具有如图２－５（ｂ）所示的双稳特性，这便成了一 个光学双稳器。 • 光学双稳器可用来作为二进制光逻辑部件，也可作为光控 开关，对光脉冲进行限幅和整形，在光通信和光计算中有重 要的应用。
3．光波导中电光改向与调制 • 如图2－７所示；
•在光波导层的表面制作叉 指形电极，加上电压后波 导层内的折射率将呈周期 性变化，好似一个“光 栅”。如果光以θ角入射， 在2θ方向上将得衍射光线， 衍射光的强度I随电压V变 化。 •Ｉ＝ＩOｓｉｎ2 （ＢＶ） •式中Ｂ是与波导层折射率 及电光系数有关的系数。
泡克尔斯效应折射率与电压关系
• 纵向光电效应：(Ｅ电场//Ｚ主轴，光//E)引起主折射率的变化
• ｎ＝ ｎ´ｙ－ｎ´ｘ＝ｎ０３６３Ｅ （ ６３为光电系数） • 偏振方向沿ｘ´ ，ｙ´的两列光波，沿ｚ方向传播距离L，
电场引起的光程差ｎL，相位差２ ｎL / 0即(V=EL) • ＝２ｎ０３６３ＥL / 0 ＝ ２ｎ０３６３Ｖ/ 0（２－１） •横向光电效应： (Ｅ电场Ｚ主轴)引起主折射率的变化