《晶体的电光效应》PPT课件.ppt

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1、晶体电光效应第四组：姚博高瑞林贾洁姝杨成华周文龙毛祖金电光效应基本概念纵向电光效应及横向电光效应电光效应器件结论报告内容电光效应的概念线性电光效应二次电光效应电光效应电光效应是指材料在直流或低频交流电场作用下，折射率发生明显改变的一种现象。电光晶体材料可用于制备多种可实现高速调谐的光通信器件，比如电光调制器、光开关、波长转换器和波导光栅等，被广泛的应用于激光通信、激光测距、激光显示和光学数据处理等方面。电光效应的概念分类：按照外加电场下晶体材料的折射率变化分为两种：1、线性电光效应：非中心对称晶体中折射率的变化

2、与外加电场强度成线性关系。也叫做泡克尔斯（Pockels）效应。2、二次电光效应：中心对称晶体中晶体折射率变化与外加电场的平常成正比，也叫做克尔（Kerr）效应。电光效应的概念晶体在受到光照的同时，若也受到外电场（低频或直流）的作用，其二级非线性极化强度为线性电光效应w为光电场频率，Ω为外加电场频率Ω<

3、为展开线性电光效应未加电场时，折射率椭球记作根据固体电子理论，当在晶体上加上电场后，将导致晶体中束缚电荷的重新分布，且可能导致离子晶体晶格的微小变形，其最终结果是逆介电张量的改变。即施加电场时，折射率椭球将发生畸变，记作上式可以表示为线性电光效应线性电光效应表示为引入以下简化下标线性电光效应分量数量由27个降到18个，线性电光系数表示为矩阵形式为线性电光效应KDP晶体（42m晶类）。单轴晶体，设其主轴为X3轴，未加电场时候，折射率椭球为：线性电光效应式中查阅资料知KDP电光效应矩阵为线性电光效应因此得到线性电光

4、效应加电场后光率体变为线性电光效应可以见得，在外电场作用下，KDP晶体由单轴晶体变为双轴晶结构。当只沿X3方向加电场时，折射率椭球为经过坐标变化得新的椭球方程X1’，X2’，X3’为新的光率体主轴坐标系利用微分关系可以得到注意：n1，n2，n3是光沿各个主轴偏振时的折射率，而不是传播方向沿各主轴晶体的二次电光效应实际上是一种三阶非线性光学效应，跟线性电光效应一样，我们也采用逆介电张量折射率椭球的方法来描述，不同的是逆介电张量对外加电场的二次方产生响应。二次电光效应由式二次电光效应为二次电光系数（Kerr）系数，

5、为四阶张量因此引入以下简化下标二次电光效应表示为二次电光效应与的关系为是一个6×6矩阵，的矩阵元从81个减少到36个二次电光效应的矩阵形式为二次电光效应顺电相KLTN晶体（m3m点群）为例，没有外加电场时晶体各向同性，只有一个折射率n0，其折射率椭球是一个球面二次电光效应二次电光系数矩阵有如下形式二次电光效应在晶体上加上电场后二次电光效应新的折射率椭球为二次电光效应如果电场加在晶体的方向，，代入上式得二次电光效应此时各主轴方向的折射率为、和根据实际应用中晶体上所加电场方向与通光方向的相对位置不同，通常也将电光效

6、应分为两类，纵向电光效应与横向电光效应。所加电场方向与通光方向平行的被称为纵向电光效应，电场方向与通光方向互相垂直的被称为横向电光效应。下面我们举例来分析纵向与横向电光效应的优缺点。纵向电光效应及横向电光效应纵向电光效应横向电光效应纵向电光效应及横向电光效应仍然以KDP为例，实验装置如下图所示纵向电光效应晶体后存在相位差为半波电压d为晶体通光方向的厚度，所以产生的相位差与所加电压成正比，与厚度d无关。当相位差为π时，我们将所加电压称为此块晶体的半波电压。晶体的半波电压及电光系数的测定值半波电压半波电压是晶体材料

7、的一个十分重要的参数，通常电光材料都存在一定的电压阈值，超过容易被击穿，而且过高的半波电压对实验条件要求造成一定的难度及危险性，所以寻找大的电光系数及低半波电压的电光晶体材料已经成为一个研究热点。半波电压采用纵向电光效应有以下几点问题需要解决（1）电极问题（2）电光系数一般较小纵向电光效应前面对非中心对称的晶体线性电光效应分析可知，当外加电场方向与通光方向垂直，产生的相位差除了受电场控制外还会受到自然双折射的影响。晶体的自然双折射对温度有很高的敏感性，要实现很严格的控温，精度在0.005℃，这对实际条件来说是非

8、常困难的。但是对于中心对称的晶体来说，可以从根本上避免这一问题。横向电光效应以顺电相KLTN晶体为例横向电光效应通过晶体后两束偏振光的相位差为横向电光效应中心对称晶体在横向电光效应的应用中也存在一些问题，认识较多的此类晶体，居里温度较高，在室温下不能展现出二次电光效应，影响了实际的应用，而且二次电光效应较小，所以需求低居里温度，高的二次电光系数的铁电晶体材料具有很大的意义。光开关电光强