晶体的电光效应及其应用.ppt

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1、5.2晶体的电光效应及应用5.2.1晶体的线性电光效应5.2.2晶体的二次电光效应5.2.3晶体电光效应的应用5.2.1晶体的线性电光效应1.线性电光系数如上所述，在主轴坐标系中，无外加电场晶体的折射率椭球为：外加电场后，由于线性电光效应，折射率椭球发生了变化，它应表示为一般折射率椭球的形式：根据前面的讨论，折射率椭球的系数［Bij］实际上是晶体的相对介电常数［εij］的逆张量，故［Bij］也是二阶对称张量，有Bij=Bji。因而［Bij］只有六个独立分量，故上式可简化为：经比较可见，外加电场后，晶体折射率椭球系数［Bij］的变化为：考虑到［Bij］是二阶对称张量，将下标i和j交换其值不

2、变，所以可将它的二重下标简化成单个下标，其对应关系为：相应的［ΔBij］也可简化为有六个分量的矩阵：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=γijEji=1,2,…,6;j=1,2,3相应的矩阵形式为:式中的(6×3)γ矩阵就是线性电光系数矩阵，它描述了外加电场对晶体光学特性的线性效应。2.几种晶体的线性电光效应A.KDP型晶体的线性电光效应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

3、～1.5μm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42m晶体点群，其外形如图5-1所示，光轴方向为x3轴方向。图5-1KDP型晶体外型图(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:式中：分别为单轴晶体的寻常光和非常光的主折射率。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(42m晶类)型晶体的线性

4、电光系数矩阵其［ΔＢi］为：因此：由此，可得KDP型晶体的感应折射率椭球表示式：(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：或者为了讨论晶体的电光效应，首先应确定感应折射率椭球的形状，也就是找出感应折射率椭球的三个主轴方向及相应的长度。为此，我们进一步考察感应折射率椭球的方程式。可以看出，这个方程的x23项相对无外加电场时的折射率椭球没有变化，说明感应折射率椭球的一个主轴与原折射率椭球的x3轴重合，另外

5、两个主轴方向可绕x3轴旋转得到。假设感应折射率椭球的新主轴方向为，则由构成的坐标系可由原坐标系(O-x1x2x3)绕x3轴旋转α角得到，相应的坐标变换关系为：经过理论推证，可得：由于x1′，x2′，x3′为感应折射率椭球的三个主轴方向，所以上式中的交叉项为零，即应有：因为γ63、E3不为零，只能是：cos（2α）-sin（2α）=0所以：α=±45°故x3-切割晶片沿光轴方向外加电场后，感应折射率椭球的三个主轴方向为原折射率椭球的三个主轴绕x3轴旋转45°得到，该转角与外加电场的大小无关，但转动方向与电场方向有关。若取α=45°，折射率椭球方程为：或者写成：即该方程是双轴晶体折射率

6、椭球的方程式。这说明，KDP型晶体的x3-切割晶片在外加电场E3后，由原来的单轴晶体变成了双轴晶体。其折射率椭球与x1Ox2面的交线由原来的r=no的圆，变成现在的主轴在45°方向上的椭圆，如图5-2所示。图5-2折射率椭球与x1Ox2面的交线现在进一步确定感应折射率椭球的三个主折射率。首先，将α=45°时的折射率椭球方程变换为：因为γ63的数量级是10-10cm/V，E3的数量级是104V/cm，所以γ63E3<<1,故可利用幂级数展开，并只取前两项的关系，将上式变换成：由此，得到感应折射率椭球的三个主折射率为：以上讨论了x3-切割晶片在外加电场E3后，光学特性(折射率)的变化情况。下

7、面，具体讨论两种通光方向上光传播的双折射特性。①.光沿x3′方向传播在外加电场平行于x3轴(光轴)，而光也沿x3(x3′)轴方向传播时，由γ63贡献的电光效应，叫γ63的纵向运用。由第4章的讨论知道，在这种情况下，相应的两个特许偏振分量的振动方向分别平行于感应折射率椭球的两个主轴方向(x1′和x2′)，它们的折射率由n1′和n1′给出，这两个偏振光在晶体中以不同的折射率(不同的速度)沿x3′轴传播，当它们通过长度为d的晶