固體光學(xué)-晶體光學(xué).ppt

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1、固體光學(xué)-晶體光學(xué)6第一部分：電光效應(yīng)的應(yīng)用1、復(fù)習(xí)：平行光束的偏振光干涉；2、電光開(kāi)關(guān)；3、電光偏轉(zhuǎn)器；4、電光調(diào)制器；一、平行光束的偏振光干涉圖畫(huà)出了實(shí)現(xiàn)平行光束的偏振光干涉裝置示意圖。一束平行的自然光束通過(guò)起偏鏡A后成為線偏振光Io在晶體C中分解為振動(dòng)方向互相垂直、傳播方向一致但速度不同的特殊雙折射的二線偏振光，即o光和e光。設(shè)二者振幅均為OA，過(guò)c后在空間傳播的o光和e具有固定的位相差?(或光程差?)：設(shè)起偏鏡A與檢偏鏡P的夾角為?，起偏鏡A與線偏振光振動(dòng)D’(或D”)方向成?。則o光和e光的振幅為o光和e光在

2、檢偏鏡振動(dòng)軸OP方向的投影為從晶片出射的振動(dòng)方向互相垂直的o光和e光在檢偏鏡P上實(shí)現(xiàn)具有恒定位相差、振動(dòng)方向相同、頻率相同的線偏振光的干涉。干涉后的強(qiáng)度為式中：馬呂斯定律討論：正交偏光鏡(?=?/2)下的偏光干涉如果將晶片c置于正交偏光鏡的載物臺(tái)上(不能沿光軸方向通光)，調(diào)好焦距在檢偏鏡處發(fā)生正交偏光干涉。下面分析幾種干涉極值情況當(dāng)起偏鏡(或檢偏鏡)振動(dòng)軸方向與D’〔或D”)方向一致或成直角時(shí)，透過(guò)檢偏鏡的干涉強(qiáng)度為零，視野全暗，稱為消光現(xiàn)象。此時(shí)晶片c所處的位置稱為消光位置。晶片轉(zhuǎn)360‘將出現(xiàn)四次消光。晶片c隨轉(zhuǎn)動(dòng)

3、載物臺(tái)一周，視野將出現(xiàn)四次最亮位置。二、電光開(kāi)關(guān)近年來(lái)電光效應(yīng)在激光技術(shù)，光信息處理和光通信技術(shù)等近代工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。例如，利用晶體的電光效應(yīng)可以制成電光快門(mén)、電光調(diào)制、電光偏轉(zhuǎn)器、電光相位延遲器、電光調(diào)Q激光器以及大屏幕顯示靶面，還可以用于電光銷模技術(shù)等。電光開(kāi)關(guān)就是利用電信號(hào)來(lái)控制光路通斷的裝置，也稱電光快門(mén)。工作原理是在一般光學(xué)系統(tǒng)中加進(jìn)一對(duì)正交的起偏鏡P和檢偏鏡A并在其中間放置電光晶體樣品構(gòu)成。我們現(xiàn)用KDP晶體的Z-切片來(lái)討論電光快門(mén)的工作原理及其有關(guān)概念。在KDP晶體Z-切片上沒(méi)加電場(chǎng)時(shí)，它是單軸

4、晶體，Z-切片的主軸x1(或x2)與起(檢)偏鏡平行。通光方向垂直Z-切片，無(wú)雙折射現(xiàn)象．垂直z方向光率體中心截面是一個(gè)圓，透過(guò)檢偏鏡的光強(qiáng)度滿足：正交偏光鏡(?=?/2)下的偏光干涉：當(dāng)沿Z方向外加電場(chǎng)E3，則產(chǎn)生KDP晶體的?63縱向電光效向，即KDP晶體變?yōu)殡p軸晶體。晶體中二線偏振光沿x’1或x’2方向振動(dòng)，?＝45o。此時(shí)透過(guò)檢偏鏡的光強(qiáng)為:相對(duì)透過(guò)率因?yàn)椋核裕合鄬?duì)透過(guò)率T是加在KDP晶體Z-切片上縱向電壓V3的正弦平方的函數(shù)，T將隨V3周期性變化。相對(duì)透過(guò)率T隨著V3的增加而周期性的出現(xiàn)最大和最小，相當(dāng)于快

5、門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉。如果外加瞬時(shí)脈沖電壓V3＝V?。上圖就變成了瞬時(shí)電光快門(mén)。由于電光效應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間短，這種電光快門(mén)的開(kāi)關(guān)速度很快，可達(dá)1010次/秒，這是任何機(jī)械快門(mén)都不可能達(dá)到的。電光快門(mén)的另一個(gè)重要參數(shù)是消光比，就是最大輸出光強(qiáng)和最小輸出光強(qiáng)之比。最小透過(guò)光強(qiáng)應(yīng)該是零，但實(shí)際上最小光強(qiáng)很難達(dá)到零。這是由于以下幾個(gè)因家所決定：外加電場(chǎng)的不均勻性。晶體本身有內(nèi)應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力不均勻，由彈光效應(yīng)引起輕微雙折射而導(dǎo)致漏光。起偏鏡或檢偏鏡因質(zhì)量問(wèn)題使二者不能嚴(yán)格正交或平行。入射光束的發(fā)散度，使光束不能嚴(yán)格的平行光軸方向。要想獲得較

6、大的消光比，應(yīng)從以上幾個(gè)方面提高電光開(kāi)關(guān)的質(zhì)量。三、電光偏轉(zhuǎn)器利用電光效應(yīng)來(lái)改變介質(zhì)中光束的傳播方向的技術(shù)通稱為電光偏轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)的途徑很多，除電光效應(yīng)外，還可通過(guò)彈光效應(yīng)(包括聲光效應(yīng))、磁光效應(yīng)等辦法控制光束實(shí)現(xiàn)數(shù)字型偏轉(zhuǎn)或連續(xù)型偏轉(zhuǎn)。光束偏轉(zhuǎn)在激光應(yīng)用技術(shù)、各種顯示技術(shù)、光信息處理與存儲(chǔ)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。下面分別介紹數(shù)字型電光偏轉(zhuǎn)器和連續(xù)型電光偏轉(zhuǎn)器的基本原理。1、數(shù)字型電光偏轉(zhuǎn)器數(shù)字型電光偏轉(zhuǎn)器通常簡(jiǎn)稱為數(shù)字偏轉(zhuǎn)器。它是在普通光學(xué)系統(tǒng)中加進(jìn)起偏器、電光晶體和雙折射晶體組成。下圖為一級(jí)數(shù)字型電光偏轉(zhuǎn)器的原

7、理圖。假設(shè)電光晶體利用KDP晶體Z-切片?63的縱向效應(yīng)，雙折射晶體采用方解石或硝酸納。在圖中標(biāo)出各晶體的方向及起偏器偏振軸的方向。沒(méi)對(duì)電光晶體(KDP)加電場(chǎng)V3時(shí)，透過(guò)起偏鏡的線偏振光D//x2，且沿光軸c(x3)方向通過(guò)KDP晶體正交入射到雙折射晶體方解石的界面上。由于該線偏振光的D恰好平行方解石的光軸方向，所以在方解石中只有e光，其te偏離原入射方向在晶體中傳播并射出(如圖中實(shí)線所示)。若對(duì)電光晶體KDP加電場(chǎng)V3使之變?yōu)殡p軸晶體，則光沿x3方向(不是雙軸晶體的光軸)行進(jìn)，便在KDP晶體中形成振動(dòng)方向互相垂直的

8、兩束線偏振光。一般情況下，它們?cè)谕高^(guò)KDP后將合成由KDP的?63縱向效應(yīng)產(chǎn)生的位相延遲?決定的不同橢圓線偏振光。如果V3=V?，從KDP晶體出來(lái)的二線偏光?=?，便合成為線偏振光在空間傳播，其振動(dòng)方向與V3=0(?=0)時(shí)的線偏光振動(dòng)方向垂直。該線偏振光正交入射到圖中雙折射晶體(方解石)界面，在方解石中只有o光仍沿原來(lái)入射光路傳