光折变效应讲解

1第一章光折变效应电光效应：电光介质的折射率随外加电场E而变化。1.9各向异性介质的电光效应当折射率变化很小时，可用泰勒级数展开：1、Pockels效应(线性电光效应)

无对称中心的材料中2、Kerr效应(平方电光效应)r的典型值在10-12-10-10m/VADP、KDP、LN、LT、CdTeg的典型值在10-18-10-14m2/V2液体、玻璃和某些具有对称中心的晶体23、各向异性介质的电光效应1.9各向异性介质的电光效应

为相对介质隔离率张量，折射率椭球折射率椭球中两个主折射率的确定折射率椭球的数学表达式E=106V/m时：Pockels效应对应的折射率改变约为10-6–10-4量级，Kerr效应对应的折射率改变约为10-6–10-2量级，31.9各向异性介质的电光效应矩阵元排序对称性晶体对称性

二阶张量 9 6r三阶张量27

18出现零矩阵元或反号矩阵元g四阶张量81

36出现零矩阵元或反号矩阵元

为相对介质隔离率张量折射率椭球当稳态电场被加到晶体上时3、各向异性介质的电光效应41.9各向异性介质的电光效应矩阵元排序对称性

二阶张量 9 6r三阶张量27

18g四阶张量81

36排序对称性:是对称张量：ij=

jig的下标k,l是两个偏微分，所以kl也具有对称性rij=

rijgijkl=gjiklgijkl=gijlk3、各向异性介质的电光效应51.9各向异性介质的电光效应3、各向异性介质的电光效应(i

,j

)重新命名:61.9各向异性介质的电光效应例：LiNbO3晶体三角晶系3m点群，单轴晶体n1=n2=non3=ne

折射率椭球方程为：3、各向异性介质的电光效应71.9各向异性介质的电光效应表明这个折射率椭球的主轴的方向不变，其寻常和非常折射率变化分别由下式给出为:结论：(1)外加电场沿着c轴，晶体主轴的方向不变，但no，ne都发生变化；(2)外加电场沿着x轴，折射率椭球的x1和x2轴都有转动，且不再是单轴晶体3、各向异性介质的电光效应变化量一般很小：这表明，当沿着单轴晶体LiNbO3和LiTaO3的光轴方向外加一个电场时，它仍然是具有相同主轴的单轴晶体81.8LN晶体中光辐照区空间电荷与

n的空间分布

铌酸锂晶体（LN）光生伏打效应=>光生伏打场104

V/mm自散焦介质:n<0线性电光效应=>折射率改变10-5–10-3光生载流子:电子沿着+c方向（Ps）迁移温金珂等人的静电显示法实验表明：空间电荷主要集中于光照区的边缘，正电荷分布在-c

边缘，负电荷分布在+c

边缘。91.8LN晶体中光辐照区空间电荷与

n的空间分布

Chen测量光折变

n的实验装置101.8LN晶体中光辐照区空间电荷与

n的空间分布

n的空间分布空间电荷场分布1、n的空间分布依赖于c轴的取向:在平行于c轴方向：辐照区中心为负透镜，辐照区边缘为两个正透镜；在垂直于c轴方向：只有一个负透镜2、沿c轴方向辐照区边缘正透镜的成因3、n与辐照时间的关系t->

，n趋于饱和值，负透镜失去梯度，变为阶跃型，因而入射光束通过它不再发散。11用聚焦的非偏振的He-Ne激光束沿LiNbO3：Fe晶体的x

轴或

y轴方向辐照较薄样品时，在晶体前向的远场屏上观察到十分规则的远场图样（橄榄型）1.10LiNbO3:Fe晶体的光折变类透镜效应

及其远场衍射图样当样品较厚或者e光入射时，都有利于光感应光散射的形成，而不利于类透镜效应的形成。o光读出e光读出121.10LiNbO3:Fe晶体的光折变类透镜效应

及其远场衍射图样A点具有最大斜率，光线向左偏折最大；A1和A1'斜率相同，光线偏折相同条纹左右对称曲线斜率相同的点，具有相同的波矢方向，远场处落于相同的位置发生干涉。

方向情况求最大折射率变化：131.10LiNbO3:Fe晶体的光折变类透镜效应

及其远场衍射图样求最大折射率变化：

方向情况当e光读出和o光读出时，由于远场衍射图样中条纹数目不同，所以

的最大值也是不同的。e光读出时：o光读出时：141.10LiNbO3:Fe晶体的光折变类透镜效应

及其远场衍射图样条纹上下对称

ǁ方向情况求最大折射率变化：ǁ情况下，折射率变化速度更快即斜率更大，光线偏折更大所以远场衍射图形呈橄榄形151.10LiNbO3:Fe晶体的光折变类透镜效应

及其远场衍射图样ǁ方向情况e光读出