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电光效应的定义

2023.1.30

电光效应是指在电场的作用下,晶体的介电常数,即其折射率发生改变的效应。

假设极化强度P与所加电场有线性关系,但这是一级近似。事实上电场与材料的介电常量,对于光频场,也就是材料折射率n,有此关系:n=n0+aE0+bE02+···。式中:n0是没有加电场E0时介质的折射率;a、b是常数。这种由于外加电场所引起的材料折射率的变化效应,称为电光效应(electro-optical effect)。等式右边第二项aE0与n为线性关系,称为线性电光效应或称普克尔斯(Pockels)效应;第三项为二次电光效应,也称克尔(Kerr)电光效应。

一次电光效应:没有对称中心的晶体,如水晶、钛酸钡等,外加电场与n的关系具有一次电光效应。该是具有圆球的(光各向同性)折射率体。对于电光陶瓷,由于电场诱发的双折射的折射率差为:△n=n3rcE。式中rc为电光陶瓷的电光系数;n为折射率;E为所加电场。 

二次电光效应:对于光各向同性的材料,在加上外加电场后,由于二次电光效应诱发的双折射的折射率差为:△n=ne-n0=ΚλE2。式中k为电光克尔常数;λ为人射光真空波长;E为外加电场强度。具有显著克尔效应的透明介质一般为液体,如硝基苯(C6H5NO2)、硝基甲苯(C7H7NO2)等。这些各向同性的液体的分子却是各向异性的,在足够强的电场作用下,分子作有序排列,致使整体呈现各向异性,光轴与电场方向一致。

介质因电场作用引起变化的现象称为电光效应。折射率和电场的关系可表示为:n=n0+ aE + bE2+……式中n0是 E=0 时折射率,a 和 b 是常数,其中电场一次项引起的变化称为线性电光效应,由 Pokels 于 1893 年发现,故也称为 Pokels 效应,一般发生于无对称中心晶体中。


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