电光效应-偏转度

1、CH 7-8光调制器光调制器 optical modulator人为地造成各向异性人为地造成各向异性 而产生双折射而产生双折射一、应力双折射一、应力双折射( (光弹效应光弹效应) )应力应力各向异性各向异性SFknnoe在一定应力范围内：在一定应力范围内： v 各向不同各向不同 n各向不同各向不同7.87.8光调制器光调制器P1P2 dFSF干涉干涉有机玻璃有机玻璃C 光光 弹弹 效效 应应22oeSFdknnd各处各处 不同不同各处各处 不同不同出现干涉条纹出现干涉条纹SF 变变 变变干涉情况干涉情况变变SF 二、电致双折射二、电致双折射( (电光效应电光效应) )1.克尔效应克尔效应(二次

2、电光效应二次电光效应) 盒内充某种液体盒内充某种液体 如硝基苯（如硝基苯（C6H5NO2） 不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性P2不透光不透光 加电场加电场液体呈单轴晶体性质液体呈单轴晶体性质光轴平行电场强度方向光轴平行电场强度方向 P2透光透光45 P2l+-克尔盒克尔盒dP145 222oedUkkEnn由于折射率改变与电场强度是平方关系由于折射率改变与电场强度是平方关系故克尔效应也叫故克尔效应也叫二次电光效应二次电光效应k 克尔常数克尔常数 U U 电压电压相位差为相位差为：此时对应的电压此时对应的电压U U 叫半波电压叫半波电压 P P2 2透光最强透光最强k。 2 22dkUl

3、lnnoek克尔盒相当于半波片克尔盒相当于半波片折射率改变与电场强度的关系是折射率改变与电场强度的关系是: :当当若去掉盒内电若去掉盒内电场，则没有光场，则没有光从从N N透出。整个透出。整个系统起系统起“光开光开关关”的作用。的作用。通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有率，把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达惯性，电讯号的控制速度可达1010-9 -9 m/sm/s。“光开光开关关”,“,“光调制器光调制器”“”“光断续器光断续器”有极快的速度启闭光有极快的速

4、度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。视和激光通讯等许多领域。在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在实际应用中有着广阔的前景在实际应用中有着广阔的前景M M0I20IN+ -cc2. .泡克尔斯效应泡克尔斯效应( (一次电光效应一次电光效应) ) 不加电场不加电场 P2 不透光不透光 加电场加电场晶体变双轴晶体晶体变双轴晶体原光轴方向附加了双折射效应原光轴方向附加了双折射效应P2 透光透光电场与光传播方向平行电场与光传播方向平行 21PP 透明电极透明电极K和和K光沿光轴方

5、向传播光沿光轴方向传播单轴晶体单轴晶体。电光晶体电光晶体+。-P1P2KK 泡泡 克克 尔尔 斯斯 盒盒no o光在晶体中的折射率光在晶体中的折射率相位差：相位差：rUnp3o2r 电光常数电光常数 时时 P2 透光最强透光最强p 常用的电光晶体是常用的电光晶体是 KH2PO4（KDP） NH4H2PO4（ADP）等等U 电压电压激光调激光调Q 超高速开关（响应时间小于超高速开关（响应时间小于10-9s）数据处理数据处理显示技术显示技术应用应用：三、磁致双折射三、磁致双折射科顿科顿穆顿效应：穆顿效应：某些透明液体在磁场某些透明液体在磁场H作用下变为各向异性作用下变为各向异性2Hnnoe 二次效

6、应二次效应磁场很强磁场很强 才能观察到才能观察到性质类似于单轴晶体性质类似于单轴晶体 光轴平行磁场光轴平行磁场HC光隔离器光隔离器 为了避免各界面的反射光对激光光源产为了避免各界面的反射光对激光光源产生干扰生干扰, ,可利用法拉第效应制成光隔离器可利用法拉第效应制成光隔离器, ,只只允许光从一个方向通过而不能从反方向通过允许光从一个方向通过而不能从反方向通过 单向闸门单向闸门电极电极P2P145 光光 隔隔 离离 器器 CH 7-9偏振态及其转换的矩阵描述偏振态及其转换的矩阵描述 polarization and the transform matrices7.9 7.9 偏振态及其转换的矩阵

7、描述偏振态及其转换的矩阵描述 一一. .偏振态的描述偏振态的描述 琼斯矢量琼斯矢量xexExEi0yyyeEEi0一般的椭圆偏振光的光矢量在一般的椭圆偏振光的光矢量在x、y坐标轴上的分量分别为坐标轴上的分量分别为任意二维矢量都可以用它的任意二维矢量都可以用它的两个直角分量构成一个矩阵两个直角分量构成一个矩阵 yeyExexEEEyxi0i0Ei0i0)( i00i011eEeEeEEeExxxyxyxxE202022yxyyxxyxEEEEEEEEI偏振光的强度偏振光的强度yxeEeEEEyxyxi0i020201E琼斯矢量归一化琼斯矢量归一化 几种偏振态的琼斯矢量表示形式几种偏振态的琼斯矢量

8、表示形式1.1.线偏振光线偏振光 或0 xy0 xxxxeEeEEicos0i0yyyyeEeEEisini00sincosiisinicos1000 xxxeeEeEEEsincosE1. 1. 沿沿x x轴的线偏振光轴的线偏振光001E2. 2. 为光矢量与为光矢量与x x轴成轴成4545 角的线偏振光角的线偏振光 451121E3. 3. 为光矢量沿为光矢量沿y y轴的线偏振光轴的线偏振光 9010E4.椭圆偏振光椭圆偏振光0 xy右旋圆偏振光右旋圆偏振光 2000EEEyx)2i(-1i21)2i(i21x000eeeEeEEExxRi121RE为左旋圆偏振光为左旋圆偏振光 000,2

9、3EEEyxi121LE两束线偏振光的光矢量相互垂直两束线偏振光的光矢量相互垂直, ,称它们为正交偏振光称它们为正交偏振光 二二.正交偏振矩阵正交偏振矩阵两正交偏振光的琼斯矩阵分别为两正交偏振光的琼斯矩阵分别为 111baE222baE021EE02121bbaa有有若若 均为实数均为实数 2121,bbaa02121bbaa0) 1)(0()0)(1 (1001*900EE例如例如例如例如 右旋偏振光和左旋偏振光互为正交右旋偏振光和左旋偏振光互为正交0i)(i)() 1)(1(21i121i121*LREE也可分解成一组正交的圆偏振光也可分解成一组正交的圆偏振光i1)i(21i1)i(21b

10、ababaE任意偏振矢量任意偏振矢量baE可分解为一组正交的线偏振光可分解为一组正交的线偏振光1001babaE三三. .振态转换的描述振态转换的描述 琼斯矩阵琼斯矩阵 各种时光的偏振态作线性转换的器件都可以用一个各种时光的偏振态作线性转换的器件都可以用一个 矩阵表矩阵表示示, ,称为偏振器件的琼斯矩阵称为偏振器件的琼斯矩阵, ,表示为表示为2222211211aaaaAyxEEE输入输入输出输出yxEEEAEE yxyxEEaaaaEE22211211系统矩阵系统矩阵A为个矩阵的乘积为个矩阵的乘积12.AAAAN出射光为出射光为EAAAAEE12.N 求线偏振器件的琼斯矩阵求线偏振器件的琼斯

11、矩阵 片片- -快轴为快轴为y y方向方向-使偏振光的使偏振光的y y分量超前于分量超前于x x分量分量 的相位的相位. .若入射光的琼斯矢量为若入射光的琼斯矢量为42yxEEE出射光的琼斯矢量为出射光的琼斯矢量为yxEEEyxyyxxEeEEEEE001)2i(yxyxEEEEi001表示成矩阵形式表示成矩阵形式i001A光轴沿光轴沿y y方向的负晶体方向的负晶体 片的琼斯矩阵片的琼斯矩阵 4几种偏振态转换的矩阵运算几种偏振态转换的矩阵运算 1 1。线偏振光通过。线偏振光通过 片片 4线偏振光光矢量与线偏振光光矢量与x x轴成轴成4545 角角, ,其琼斯矢量为其琼斯矢量为 1121Ey y

12、轴为快轴的轴为快轴的 片的琼斯矩阵为片的琼斯矩阵为 4i001A出射光的偏振态为出射光的偏振态为i12111i00121yxEEE为右旋圆偏振光为右旋圆偏振光 2 2，圆偏振光通过，圆偏振光通过 片片 4左旋圆偏振光的琼斯矢量为左旋圆偏振光的琼斯矢量为 i121LE快轴沿快轴沿x x方向的方向的 片的琼斯矩阵为片的琼斯矩阵为 4i001A即出射光为光矢量与即出射光为光矢量与x x轴成轴成4545 角的线偏振光角的线偏振光. .1121i1i00121yxEEE出射光的琼斯矩阵为出射光的琼斯矩阵为 例例 在正交偏振片之间放一个在正交偏振片之间放一个 片，以自然光入射，当波晶片光轴片，以自然光入射，当波晶片光轴与偏振片与偏振片P P1 1的夹角的夹角 =90=90 时将发生消光现象。用矩阵法证明之。时将发生消光现象。用矩阵法证明之。 4解解 如图令如图令 片的快轴沿片的快轴沿y y轴方向轴方向, ,偏振片偏振片P P1 1、P P2 2分别沿分别沿x x、y y轴方向轴方向. . 4自然光从偏振片出来后成为光矢量沿自然光从偏振片出来后成为光矢量沿x x轴的线偏振光轴的线偏振光, ,其琼斯矢量为其琼斯矢量为, ,经片经片 后后, ,出射的出射的E E 1 1的琼斯矢量为的琼斯矢量为, ,即仍为沿即仍为沿x x轴方向的线偏振光轴方向的线偏振光