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1、固體光學-晶體光學6第一部分：電光效應的應用1、復習：平行光束的偏振光干涉；2、電光開關；3、電光偏轉器；4、電光調制器；一、平行光束的偏振光干涉圖畫出了實現(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起偏鏡A后成為線偏振光Io在晶體C中分解為振動方向互相垂直、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。設二者振幅均為OA，過c后在空間傳播的o光和e具有固定的位相差?(或光程差?)：設起偏鏡A與檢偏鏡P的夾角為?，起偏鏡A與線偏振光振動D’(或D”)方向成?。則o光和e光的振幅為o光和e光在
2、檢偏鏡振動軸OP方向的投影為從晶片出射的振動方向互相垂直的o光和e光在檢偏鏡P上實現(xiàn)具有恒定位相差、振動方向相同、頻率相同的線偏振光的干涉。干涉后的強度為式中：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上(不能沿光軸方向通光)，調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起偏鏡(或檢偏鏡)振動軸方向與D’〔或D”)方向一致或成直角時，透過檢偏鏡的干涉強度為零，視野全暗，稱為消光現(xiàn)象。此時晶片c所處的位置稱為消光位置。晶片轉360‘將出現(xiàn)四次消光。晶片c隨轉動
3、載物臺一周，視野將出現(xiàn)四次最亮位置。二、電光開關近年來電光效應在激光技術，光信息處理和光通信技術等近代工程技術中有著廣泛的應用。例如，利用晶體的電光效應可以制成電光快門、電光調制、電光偏轉器、電光相位延遲器、電光調Q激光器以及大屏幕顯示靶面，還可以用于電光銷模技術等。電光開關就是利用電信號來控制光路通斷的裝置，也稱電光快門。工作原理是在一般光學系統(tǒng)中加進一對正交的起偏鏡P和檢偏鏡A并在其中間放置電光晶體樣品構成。我們現(xiàn)用KDP晶體的Z-切片來討論電光快門的工作原理及其有關概念。在KDP晶體Z-切片上沒加電場時，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，無雙折射現(xiàn)象．垂直z方向光率體中心截面是一個圓，透過檢偏鏡的光強度滿足：正交偏光鏡(?=?/2)下的偏光干涉：當沿Z方向外加電場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，?＝45o。此時透過檢偏鏡的光強為:相對透過率因為：所以：相對透過率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。相對透過率T隨著V3的增加而周期性的出現(xiàn)最大和最小，相當于快
5、門的打開和關閉。如果外加瞬時脈沖電壓V3＝V?。上圖就變成了瞬時電光快門。由于電光效應的響應時間短，這種電光快門的開關速度很快，可達1010次/秒，這是任何機械快門都不可能達到的。電光快門的另一個重要參數(shù)是消光比，就是最大輸出光強和最小輸出光強之比。最小透過光強應該是零，但實際上最小光強很難達到零。這是由于以下幾個因家所決定：外加電場的不均勻性。晶體本身有內(nèi)應力或內(nèi)應力不均勻，由彈光效應引起輕微雙折射而導致漏光。起偏鏡或檢偏鏡因質量問題使二者不能嚴格正交或平行。入射光束的發(fā)散度，使光束不能嚴格的平行光軸方向。要想獲得較
6、大的消光比，應從以上幾個方面提高電光開關的質量。三、電光偏轉器利用電光效應來改變介質中光束的傳播方向的技術通稱為電光偏轉。實現(xiàn)光束偏轉的途徑很多，除電光效應外，還可通過彈光效應(包括聲光效應)、磁光效應等辦法控制光束實現(xiàn)數(shù)字型偏轉或連續(xù)型偏轉。光束偏轉在激光應用技術、各種顯示技術、光信息處理與存儲技術中有著廣泛的應用。下面分別介紹數(shù)字型電光偏轉器和連續(xù)型電光偏轉器的基本原理。1、數(shù)字型電光偏轉器數(shù)字型電光偏轉器通常簡稱為數(shù)字偏轉器。它是在普通光學系統(tǒng)中加進起偏器、電光晶體和雙折射晶體組成。下圖為一級數(shù)字型電光偏轉器的原
7、理圖。假設電光晶體利用KDP晶體Z-切片?63的縱向效應，雙折射晶體采用方解石或硝酸納。在圖中標出各晶體的方向及起偏器偏振軸的方向。沒對電光晶體(KDP)加電場V3時，透過起偏鏡的線偏振光D//x2，且沿光軸c(x3)方向通過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(如圖中實線所示)。若對電光晶體KDP加電場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，便在KDP晶體中形成振動方向互相垂直的
8、兩束線偏振光。一般情況下，它們在透過KDP后將合成由KDP的?63縱向效應產(chǎn)生的位相延遲?決定的不同橢圓線偏振光。如果V3=V?，從KDP晶體出來的二線偏光?=?，便合成為線偏振光在空間傳播，其振動方向與V3=0(?=0)時的線偏光振動方向垂直。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光仍沿原來入射光路傳
