普克尔斯效应 Pockels effect

2022-10-31 11:21:06 浏览:530

定义

介质的折射率表现出与外加电场强度成正比的改变现象(线性电光效应)。

Pockels效应(由德国物理学家Friedrich Pockels于1906年首次描述)是线性电光效应,其中介质的折射率与施加的电场强度成比例地改变。 这种效应只能在非中心对称材料中发生。 这种类型的最重要的材料是晶体材料,例如铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、磷酸二氘钾 (KDP)、β-硼酸钡 (BBO)、磷酸氧化钛钾 (KTP) 以及砷化镓 (GaAs) 和磷化铟 (InP) 等化合物半导体。 一个相对较新的发展是极化聚合物,其中包含专门设计的有机分子。 其中一些聚合物表现出巨大的非线性,其非线性系数比高度非线性晶体的非线性系数大一个数量级。

在数学上,Pockels效应最好通过索引椭球体的诱导变形来描述,该变形由下式定义

在笛卡尔坐标系中。 电场现在可以根据

使用电光张量分量rij,请注意,在这个收缩符号中,第一个索引 (i) 从 1 到 6,其中 e.g.i= 4对应于y-z分量。

通常,只有一些系数rij为非零,具体取决于晶体对称性和坐标系相对于晶体轴的方向。 例如,对于铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3),属于对称群3m,常用坐标系的非零系数为:r12 = −r22 = r61, r13 = r23, r33, r42 = r51。对于这些材料的应用,例如在电光调制器的Pockels单元中,最大的张量单元(r33) 经常使用。 对于LiNbO3,其幅度约为30 pm/V,具有一定的波长依赖性。 大多数其他非线性晶体材料(例如BBO)具有显着较低的几pm/V的电光系数,而一些电极性聚合物的电光系数则显著高于LiNbO3 。

该方程描述了n−2,而不是直接改变折射率。 由于指数变化通常很小,因此近似值

(基于一阶泰勒展开式)经常使用。

基础光学

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