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* * 第五章 晶体的感应双折射 当晶体在外场（电场、磁场、应力场）作用下，结构将 产生变化，因此光波在其间的传播规律也将发生变化， 产生与外场相关的双折射现象---晶体的感应双折射 §5.1 电光效应 §5.2 磁光效应 §5.3 声光效应（弹光效应） §5.1 电光效应 电光效应---外电场作用下产生的双折射效应 晶体各向异性 外场作用下， 必定发生变化，相应的折射率n也发生变化， 则折射率椭球形状和趋向、主折射率都会变化 分类： 所加电场大小分： 线性 非线性效应 电场方向与光波方向分： 纵向电光效应：电场方向与光波方向一致 横向电光效应：电场方向与光波方向垂直 §5.1.1 pockels效应---线性电光效应 折射率椭球通式有6个分量 主坐标轴与折射率椭球主轴一致时则变为3个分量 当晶体加上电场E后折射率各分量都有一个附加折射率变化，且与E为线性关系 ---电光系数，有18个分量，矩阵表示 与晶体对称性有关 对具体晶体而言，18个分 量中只有几个分量不为0 对于对称中心晶体，应有 即具有对称中心的晶体不存在线性电光效应 仍然以主折射率椭球 为例，当外加电场E后，坐标轴与折射率椭球主轴就 不再平行，依然有6个分量： 例KDP晶体： 1、4度对称轴：晶体绕x3轴旋转π/2，晶体结构不变 x1,x2是2度对称轴：线x1或x2轴转π ，晶体结构不变 2、为单轴晶体，42m系：γ41= γ52≠0， γ63≠0，其余为0 KDP线性电光效应折射率椭球方程 一、纵向电光效应 纵向电光效应是指外加电场与 光线方向平行的电光效应 此关系代入上式， 则折射率椭球方程简化为 x1,x2,x3已不再是新椭球主轴，但是若将x1,x2旋转 45°，即图中x1’,x2’,则x1’,x2’,x3’就是此新折射率 椭球之主轴坐标系 x1 x1? x2? x2 O ? ? (x1, x2) (x1?, x2?) x3 x3? 坐标转换 代入前一式则得 将（）式与（）式比较，可得 讨论 由于nx1’ ≠nx2’，∴KDP晶体加电场后就由单轴晶体变为双轴晶体 1、未加电场时，单轴晶体主轴坐标系为 x1，x2，x3，而（x1x2）内截面为一圆 加电场后变为双轴晶体，x3不再是光轴，主轴坐标系为x1‘，x2’，x3‘ ，而 （ x1‘x2’ ）内截面为一椭圆 2、未加电场时，光波沿x3轴（光轴）传播，o,e二电矢量速度相等，位相延迟 △ =0 加电场后，x3轴不再是光轴，两电矢量传播速度不等，产生了位相延迟： 这是由于电光效应引起的位相延迟称电光延迟。 x1 x2 x3 E3 x1? x2? 当△ =π时，晶体的作用就是将偏振面旋转90° ----这相当于一个λ/2波片，此所加电压为半波电压V π 半波电压与晶体厚度无关 电光延迟可表示为 二、横向电光效应 横向电光效应是指外加电场与光线方向垂直的电光效应 切割：KDP---45°-z切割，按x1‘，x2’平行方向切割， 相当于两侧面分别与x1‘，x2’垂直 电场：仍然加在x3轴方向，E1=E2=0，E3≠0 光波：沿x2’方向传播 两个振动电矢量对应的折射率为nx1’ 和nx3=ne ∴横向电光效应之半波电压与l,d有关，可以通过调节晶体几何尺寸来降低半波电压 三、电光效应的应用 光学调制---用改变光波的振幅、频率、相位、强度、偏振状态等参数来实现信 息传输的方法 例：将激光束作为载波，把欲传播的信息加载于激光辐射，此激光束起携 带低频信号的作用，称为载波 起控制作用的低频信号称为调制信号 因此与上述相应的有振幅调制，频率调制，相位调制，强度调制等， 亦即用调制信号去改变载波束的振幅，频率，相位，强度 ∴有内调制，外调制之分 解调---把调制信号从传输光波中分离出来 调制器件---实现光调制的器件 1、KDP纵向强度调制 加电压后，KDP就相当于 一个晶片，两个电矢量分 量产生一个附加位相差 前后加偏振器后就相当于 平行偏振光干涉图， P1⊥P2，并分别平行于x1,x2 当加电压后，折射率椭球主轴转至x1′，x2′， 与P1成45°，相当于干涉图 中α=45°， 输出光强为 其透过率T为 T-V曲线见图 在T=0.5处附近为一线性较好区域，在此调制不失真 T=0.5时对应电压为Vπ/ 2 调制电压 加在Vπ/ 2处，则就在线性区调制 注意两点：①调制信号应加在Vπ/ 2处，即T=0.5处 ②调制信号