晶体光学lesson6-晶体的电光效应.pdfVIP

晶体的电光效应及 光波在电光晶体中的传播 晶体的电光效应 晶体的电光效应是一种人工双折射现象 由于人为施加外力场或电场引起 改变晶体内原子的排列方式和分布 本质上是改变电子云的分布引起介电系数的 改变－进而改变晶体的折射率椭球参数 可以人工控制－用于电光调制、电光偏 转、调Q等应用领域 晶体的电光效应 电光效应－晶体在外电场作用下，其光学性质（折射率）的变化。 电磁场在介质中应满足物质关联方程，对光波来说在各向同性晶体中传 播时，其电位移矢量D 和电场强度E 之间的关联方程为 D = ε·E 其中 ε为晶体的介电常数张量。 晶体的电光效应 1、晶体的介电系数随电场强度的变化而变化，是电场强 度的函数 • 我们在波动光学中利用的公式是弱电场近似公式 • 在外加强电场条件下，介电系数（折射率）随电场强度发生 变化 • 由于折射率变化，光波传输规律也发生变化，我们可以通过 研究电场对晶体介电系数的影响，研究电场对光波传输的影 响 2、介电系数与电场强度之间不是简单的线性关系 外加电场与介电系数之间的关系 晶体的介电系数可以用二阶张量描述； 利用晶体电光系数表征晶体介电系数同电场之 间的关联； C D A (i, j, k 1,2,3) ij ijk k 晶体电光系数可以表征为－三阶张量 ( , , 1, 2,3) Bij γ ijk Ek i j k 三阶张量只存在于没有对称中心的晶体中， 所以只有无对称中心的晶体才有电光效应 外加电场与介电系数之间的关系 取无对称中心晶体作为研究对象 为了研究方便，我们取外加电场沿晶体 的主轴方向，这时电位移矢量同电场强 度方向一致。 通过测量表明电位移矢量同电场强度之 间满足下列线性关系 D ε 0E =+ aE 2 + β E 3 + ... 0 ε 为线性介电系数 外加电场与介电系数之间的关系 D E D ε 0E + aE 2 + β E 3 + ... 外加电场与介电系数之间的关系 dD 0 2 ε ε + 2aE + 3β E + ... dE 0 其中ε 为外加电场为零时的介电系数 可以看出晶体的介电系数（或折射率）随外加电场变化而变化； 电光效应－晶体在外电场作用下引起其折射率发生变化的现象 外加电场与介电系数之间的关系 将介电系数公式改写为折射率形式 2 n2 (n0 ) =+ 2aE + 3β E2 + ... 0 n 其中 为外加电场为零时的介电系数 2 0 2 2 0 aE β E n (n ) =+ 2aE + 3β E + ... n 1=+ 2 0 2 + 3 0 2 + . (n ) (n ) 0 a 3β 2 n =+ E + E + ... 0 0