Электрооптический эффект

Электрооптический эффект — это изменение оптических свойств материала под действием электрического поля , которое медленно меняется по сравнению с частотой света. Этот термин охватывает ряд различных явлений, которые можно разделить на

а) изменение поглощения
- Электроабсорбция : общее изменение констант поглощения.
- Эффект Франца – Келдыша : изменение поглощения, наблюдаемое в некоторых объемных полупроводниках.
- Квантово-ограниченный эффект Штарка : изменение поглощения в некоторых полупроводниковых квантовых ямах
- Электрохромный эффект : создание полосы поглощения на некоторых длинах волн, что приводит к изменению цвета.
б) изменение показателя преломления и диэлектрической проницаемости
- Эффект Поккельса (или линейный электрооптический эффект): изменение показателя преломления линейно пропорционально электрическому полю. Только некоторые кристаллические твердые тела демонстрируют эффект Поккельса , поскольку для этого требуется отсутствие инверсионной симметрии.
- Эффект Керра (или квадратичный электрооптический эффект, QEO-эффект): изменение показателя преломления пропорционально квадрату электрического поля. Все материалы демонстрируют эффект Керра с разной величиной, но обычно он намного слабее, чем эффект Поккельса.
- электрогирация : изменение оптической активности .
- Электронно-рефрактивный эффект или ЭИПМ

В декабре 2015 года было теоретически предсказано существование еще двух электрооптических эффектов типа (b). ^[1] но пока экспериментально не наблюдались.

Изменения поглощения могут сильно влиять на показатель преломления для длин волн вблизи края поглощения из-за соотношения Крамерса-Кронига .

Используя менее строгое определение электрооптического эффекта, допускающее также электрические поля, колеблющиеся на оптических частотах, можно было бы также отнести к категории а) нелинейное поглощение (поглощение зависит от интенсивности света) и оптический эффект Керра (показатель преломления зависит от интенсивности света). интенсивность) к категории б). в сочетании с фотоэффектом и фотопроводимостью Электрооптический эффект порождает фоторефрактивный эффект .

Термин «электрооптика» часто ошибочно используется как синоним слова « оптоэлектроника » .

Приложения

Электрооптические модуляторы

Электрооптические модуляторы обычно изготавливаются из электрооптических кристаллов, проявляющих эффект Поккельса . Передаваемый луч модулируется по фазе электрическим сигналом, подаваемым на кристалл. Амплитудные модуляторы можно построить, поместив электрооптический кристалл между двумя линейными поляризаторами или на одном пути интерферометра Маха – Цендера .Кроме того, амплитудные модуляторы можно сконструировать путем отклонения луча в небольшую апертуру, например в волокне, и из нее. Эта конструкция может иметь низкие потери (<3 дБ) и не зависеть от поляризации в зависимости от конфигурации кристалла.

Электрооптические дефлекторы

В электрооптических дефлекторах используются призмы из электрооптических кристаллов. Показатель преломления изменяется за счет эффекта Поккельса , изменяя таким образом направление распространения луча внутри призмы. Электрооптические дефлекторы имеют небольшое количество разрешаемых пятен, но обладают малым временем отклика. В настоящее время доступно несколько коммерческих моделей. Это связано с конкурирующими акустооптическими дефлекторами, небольшим количеством разрешаемых пятен и относительно высокой ценой электрооптических кристаллов.

Электрооптические датчики поля

Электрооптический эффект Поккельса в нелинейных кристаллах (например, KDP, BSO, K*DP) можно использовать для измерения электрического поля с помощью методов модуляции состояния поляризации. В этом сценарии неизвестное электрическое поле приводит к вращению поляризации лазерного луча, распространяющегося через электрооптический кристалл; за счет включения поляризаторов для модуляции интенсивности света, падающего на фотодиод, измерение электрического поля с временным разрешением можно восстановить по полученной кривой напряжения. Поскольку сигналы, получаемые с помощью кристаллических зондов vgcc, являются оптическими, они по своей природе устойчивы к электрическим помехам, поэтому их можно использовать для измерения поля с низким уровнем шума даже в областях с высоким уровнем электромагнитного шума вблизи зонда. Кроме того, поскольку вращение поляризации из-за эффекта Поккельса линейно масштабируется в зависимости от электрического поля, получаются измерения абсолютного поля без необходимости численного интегрирования для восстановления электрических полей, как в случае с обычными датчиками, чувствительными к производной электрического поля по времени. поле.

Электрооптические измерения сильных электромагнитных импульсов в результате интенсивного взаимодействия лазера с веществом были продемонстрированы как в наносекундном, так и в пикосекундном (субпетаваттном) режиме генерации лазерных импульсов. ^[2]^[3]

Ссылки

^ Каслс, Ф. (3 декабря 2015 г.). «Линейные электрооптические эффекты вследствие пространственной дисперсии высокого порядка». Физический обзор А. 92 (6). Американское физическое общество (APS): 063804. arXiv : 1503.04103 . дои : 10.1103/physreva.92.063804 . ISSN 1050-2947 .
^ Консоли, Ф.; Де Анджелис, Р.; Дювилларе, Л.; Андреоли, Польша; Чиприани, М.; Кристофари, Г.; Ди Джорджио, Дж.; Ингенито, Ф.; Верона, К. (15 июня 2016 г.). «Абсолютные измерения с временным разрешением посредством электрооптического эффекта гигантских электромагнитных импульсов, обусловленных взаимодействием лазера и плазмы в наносекундном режиме» . Научные отчеты . 6 (1): 27889. Бибкод : 2016NatSR...627889C . дои : 10.1038/srep27889 . ПМЦ 4908660 . ПМИД 27301704 .
^ Робинсон, Т.С.; Консоли, Ф.; Гилтрап, С.; Эрдли, С.Дж.; Хикс, Г.С.; Диттер, Э.Дж.; Эттлингер, О.; Стюарт, Нью-Хэмпшир; Нотли, М.; Де Анджелис, Р.; Наджмудин З.; Смит, РА (20 апреля 2017 г.). «Малошумящее оптическое зондирование электромагнитных импульсов с временным разрешением в результате взаимодействия петаваттного лазера с веществом» . Научные отчеты . 7 (1): 983. Бибкод : 2017НатСР...7..983Р . дои : 10.1038/s41598-017-01063-1 . ПМЦ 5430545 . ПМИД 28428549 .

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).

Внешние ссылки

AdvR — Электрооптические устройства и исследования. Архивировано 7 мая 2015 г. в Wayback Machine.

[1] Каслс, Ф. (3 декабря 2015 г.). «Линейные электрооптические эффекты вследствие пространственной дисперсии высокого порядка». Физический обзор А. 92 (6). Американское физическое общество (APS): 063804. arXiv : 1503.04103 . дои : 10.1103/physreva.92.063804 . ISSN 1050-2947 .

[2] Консоли, Ф.; Де Анджелис, Р.; Дювилларе, Л.; Андреоли, Польша; Чиприани, М.; Кристофари, Г.; Ди Джорджио, Дж.; Ингенито, Ф.; Верона, К. (15 июня 2016 г.). «Абсолютные измерения с временным разрешением посредством электрооптического эффекта гигантских электромагнитных импульсов, обусловленных взаимодействием лазера и плазмы в наносекундном режиме» . Научные отчеты . 6 (1): 27889. Бибкод : 2016NatSR...627889C . дои : 10.1038/srep27889 . ПМЦ 4908660 . ПМИД 27301704 .

[3] Робинсон, Т.С.; Консоли, Ф.; Гилтрап, С.; Эрдли, С.Дж.; Хикс, Г.С.; Диттер, Э.Дж.; Эттлингер, О.; Стюарт, Нью-Хэмпшир; Нотли, М.; Де Анджелис, Р.; Наджмудин З.; Смит, РА (20 апреля 2017 г.). «Малошумящее оптическое зондирование электромагнитных импульсов с временным разрешением в результате взаимодействия петаваттного лазера с веществом» . Научные отчеты . 7 (1): 983. Бибкод : 2017НатСР...7..983Р . дои : 10.1038/s41598-017-01063-1 . ПМЦ 5430545 . ПМИД 28428549 .

[1]

[2]

[3]