Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
шщ
казателя преломления, так и коэффициента поглощения.
Изменение показателя преломления. Вдали от полосы поглощения показатель
преломления веществен и поэтому согласно (11.22) имеем
4rt/V1e2 1 т (o>q - о)2)2
286
2п Ап = - ^ 77^3 2соо Д(r)0.
Отсюда
An ¦¦
4пЫге2 2ш0 До)0
т
П (Шу - СО2)2'
1 pF
Поскольку 2ш0 Лсоо = у А (0о) = - Р '
то;
ст а "
то
Art:
4лЛ^1е3р
m2ft)5 (0)| - со2)
(12.12)
Следовательно, изменение показа 1еля преломления прямо пропорционально
напряженности действующего статического электрического поля. Это и есть
электрооптический эффект Поккельса.
Электрооптическая модуляция света. Если к кристаллу приложить сильное
электрическое поле, то из-за изменения показателя преломления
деформируется оптическая индикатриса. Зависимость показателя преломления
световой волны, распространяющейся в кристалле, от приложенного
электрического поля нашла важное практическое применение для модуляции
свега. Анизотропный кристалл в переменном электрическом поле,
расположенный между
Приложенное
Рис. 12.2
скрещенными поляризаторами, служащий модулятором света, как принято,
называется ячейкой Поккельса.
Объясним принцип модуляции света на основе линейного элект-рооптического
явления. Для простоты рассмотрим кубический кристалл, обладающий
изотропным показателем преломления п. На рис. 12.2 показан простейший
электрооптический модулятор света. Кристалл с приложенным вдоль оси х
напряжением Ех помещен между скрещенными поляризаторами. На такую систему
направляется свет, распространяющийся вдоль оси z. Расположим поляризатор
Ni так, чтобы входящее в кристалл излучение было поляризовано под углом
45° по отношению к полю Ек. Тогда падающий на кристалл свет имеет равные
компоненты поля Е по осям х и у. Приложенное вдоль оси х электрическое
поле вызовет определенную разность показателей преломления Ап для
компонент светового поля по осям х и у. Если длину кристалла по оси г
обозначить через I, то возникшая разность фаз между компонентами
светового вектора вдоль осей х и у по выходе света из кристалла
287
определяется выражением
А(р=*~1Ап, (12.13)
где X - длина волны света в кристалле.
Если компоненты светового поля по осям х и у при выходе из кристалла
находились бы в фазе, то поляризация выходящего из кристалла луча
осталась бы неизменной. Поскольку поляризация падающего на кристалл света
задается поляризатором Лг1, то скрещенный поляризатор N2 не пропускает
этот луч. Если же Аф = я, которое осуществляется при определенном
приложенном поле, то Ап - Х/21 и поэтому плоскость поляризации выходящего
из кристалла пучка повернется на 90° по отношению к входящему в него
пучку. В этом случае направление электрического вектора выходящего из
кристалла света совпадает с пропускным направлением поляризатора N* и
поэтому выходной сигнал достигает максимума. Следовательно, интенсивность
вышедшего из поляризатора N2 света будет определяться положением
плоскости поляризации выходящего из кристалла света, которое, как уже нам
известно, определяется приложенным к кристаллу электрическим полем. Итак,
с помощью так называемой ячейки Поккельса, действие которой основано на
зависимости плоскости поляризации светового луча, проходящего через
кристалл от приложенного электрического поля, можно осуществить
амплитудную модуляцию световых сигналов.
В описанной схеме электрооптической модуляции света внешнее электрическое
поле было направлено перпендикулярно направлению распространения света и
поэтому данный модулятор называется поперечным амплитудным модулятором
света. Модулирующее поле может быть направлено также и по направлению
распространения света. Соответствующая схема модуляции называется
продольной.
Заметим, что ячейка Поккельса применяется в качестве оптического затвора
в лазерах.
Линейный электрооптический эффект наблюдается только в кристаллах, не
обладающих центром симметрии, - в так называемых пьезокристаллах *. Это
связано с тем, что в центросимметричных кристаллах оптические
характеристики должны оставаться неизменными при преобразовании инверсии
и, следовательно, при изменении знака приложенного поля. При изменении
знака приложенного поля, согласно (12.12), имеем
Д п = Е (12.14)
т2(х>1 (coj - со2) ст v '
Выражения (12.12) и (12.14) совместимы только при Ап = 0, т. е. в
отсутствие линейного электрооптического эффекта.
* Все кристаллы, не обладающие центром симметрии, проявляют способность
изменять свои размеры при наложении электрического поля
(электрестрикция). В таких кристаллах деформация в свою очередь приводит
к поляризации, т е. наблюдается линейный пьезоэлектрический эффект. По
этой причине кристаллы, лишенные цен1ра симметрий, как правило,
называются также пьезокристаллами.
288
§ 3. КВАДРАТИЧНЫЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ (ЭФФЕКТ КЕРРА)
В предыдущем параграфе мы видели, что линейный электроопти-ческий эффект
в центросимметричных кристаллах не имеет места. Означает ли это, что в
кристаллах, лишенных центра симметрии, невозможны вообще какие бы то ни
