固体光学-晶体光学

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1、固体光学-晶体光学6第一部分：电光效应的应用1、复习：平行光束的偏振光干涉；2、电光开关；3、电光偏转器；4、电光调制器；一、平行光束的偏振光干涉图画出了实现平行光束的偏振光干涉装置示意图。一束平行的自然光束通过起偏镜A后成为线偏振光Io在晶体C中分解为振动方向互相垂直、传播方向一致但速度不同的特殊双折射的二线偏振光，即o光和e光。设二者振幅均为OA，过c后在空间传播的o光和e具有固定的位相差(或光程差)：设起偏镜A与检偏镜P的夹角为，起偏镜A与线偏振光振动D’(或D”)方向成。则o光和e光的振幅为o光和e光在检偏镜振动轴OP方向的投影为

2、从晶片出射的振动方向互相垂直的o光和e光在检偏镜P上实现具有恒定位相差、振动方向相同、频率相同的线偏振光的干涉。干涉后的强度为式中：马吕斯定律讨论：正交偏光镜(=/2)下的偏光干涉如果将晶片c置于正交偏光镜的载物台上(不能沿光轴方向通光)，调好焦距在检偏镜处发生正交偏光干涉。下面分析几种干涉极值情况当起偏镜(或检偏镜)振动轴方向与D’〔或D”)方向一致或成直角时，透过检偏镜的干涉强度为零，视野全暗，称为消光现象。此时晶片c所处的位置称为消光位置。晶片转360‘将出现四次消光。晶片c随转动载物台一周，视野将出现四次最亮位置。二、电光开关近年来电

3、光效应在激光技术，光信息处理和光通信技术等近代工程技术中有着广泛的应用。例如，利用晶体的电光效应可以制成电光快门、电光调制、电光偏转器、电光相位延迟器、电光调Q激光器以及大屏幕显示靶面，还可以用于电光销模技术等。电光开关就是利用电信号来控制光路通断的装置，也称电光快门。工作原理是在一般光学系统中加进一对正交的起偏镜P和检偏镜A并在其中间放置电光晶体样品构成。我们现用KDP晶体的Z-切片来讨论电光快门的工作原理及其有关概念。在KDP晶体Z-切片上没加电场时，它是单轴晶体，Z-切片的主轴x1(或x2)与起(检)偏镜平行。通光方向垂直Z-切片，无双折射

4、现象．垂直z方向光率体中心截面是一个圆，透过检偏镜的光强度满足：正交偏光镜(=/2)下的偏光干涉：当沿Z方向外加电场E3，则产生KDP晶体的63纵向电光效向，即KDP晶体变为双轴晶体。晶体中二线偏振光沿x’1或x’2方向振动，＝45o。此时透过检偏镜的光强为:相对透过率因为：所以：相对透过率T是加在KDP晶体Z-切片上纵向电压V3的正弦平方的函数，T将随V3周期性变化。相对透过率T随着V3的增加而周期性的出现最大和最小，相当于快门的打开和关闭。如果外加瞬时脉冲电压V3＝V。上图就变成了瞬时电光快门。由于电光效应的响应时间短，这种电光快门

5、的开关速度很快，可达1010次/秒，这是任何机械快门都不可能达到的。电光快门的另一个重要参数是消光比，就是最大输出光强和最小输出光强之比。最小透过光强应该是零，但实际上最小光强很难达到零。这是由于以下几个因家所决定：外加电场的不均匀性。晶体本身有内应力或内应力不均匀，由弹光效应引起轻微双折射而导致漏光。起偏镜或检偏镜因质量问题使二者不能严格正交或平行。入射光束的发散度，使光束不能严格的平行光轴方向。要想获得较大的消光比，应从以上几个方面提高电光开关的质量。三、电光偏转器利用电光效应来改变介质中光束的传播方向的技术通称为电光偏转。实现光束偏转的途径

6、很多，除电光效应外，还可通过弹光效应(包括声光效应)、磁光效应等办法控制光束实现数字型偏转或连续型偏转。光束偏转在激光应用技术、各种显示技术、光信息处理与存储技术中有着广泛的应用。下面分别介绍数字型电光偏转器和连续型电光偏转器的基本原理。1、数字型电光偏转器数字型电光偏转器通常简称为数字偏转器。它是在普通光学系统中加进起偏器、电光晶体和双折射晶体组成。下图为一级数字型电光偏转器的原理图。假设电光晶体利用KDP晶体Z-切片63的纵向效应，双折射晶体采用方解石或硝酸纳。在图中标出各晶体的方向及起偏器偏振轴的方向。没对电光晶体(KDP)加电场V3时，

7、透过起偏镜的线偏振光D//x2，且沿光轴c(x3)方向通过KDP晶体正交入射到双折射晶体方解石的界面上。由于该线偏振光的D恰好平行方解石的光轴方向，所以在方解石中只有e光，其te偏离原入射方向在晶体中传播并射出(如图中实线所示)。若对电光晶体KDP加电场V3使之变为双轴晶体，则光沿x3方向(不是双轴晶体的光轴)行进，便在KDP晶体中形成振动方向互相垂直的两束线偏振光。一般情况下，它们在透过KDP后将合成由KDP的63纵向效应产生的位相延迟决定的不同椭圆线偏振光。如果V3=V，从KDP晶体出来的二线偏光=，便合成为线偏振光在空间传播，其振

8、动方向与V3=0(=0)时的线偏光振动方向垂直。该线偏振光正交入射到图中双折射晶体(方解石)界面，在方解石中只有o光仍沿原来入射光路传