*三、电光效应

    有些各向同性的透明介质在外加电场的作用下,转变为具有单轴晶体特性的各向异性物质,从而产生双折射现象,这就是克尔效应,是电光效应中的一种。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。

图 14-57

    图14-57是观测克尔效应的装置的示意图。图中K是盛有硝基苯液体的克尔盒,被放置在两个透振方向正交的偏振片之间,K的两端为透明窗口以便光线通过,盒中在与光的传播方向相垂直的方向上装有两块平行金属板作为电极。单色平行自然光通过起偏器M后变为线偏振光,电源未接通时,各向同性的液体样品无双折射现象,所以没有光从偏振片N射出。当电源接通后,克尔盒中处于电极之间的液体受电场作用而变为各向异性的,使进入其中的线偏振光发生双折射分解为o光和e光。实验表明,通过克尔盒后o光和e光之间的相位差正比于电场强度E的大小的平方,正比于光在各向异性液体中通过的距离l,即

                          d = 2p k l E2 ,                 (14-100)

式中k是比例系数,称为克尔常量。

    使用时一般让电场方向与两个偏振片的透振方向成45°角。当调节电压值使d = p时,克尔盒相当于一个半波片,将有最大光强通过检偏器N。当电压在此值与零值间变换时,克尔盒可使光路通、断,故可用作电光开关。若克尔盒的电极与调制信号电压相接,则通过检偏器N的光强将随信号电压的变化而改变,这时的克尔盒就是一个光调制器。由于克尔效应几乎没有延迟时间,随外电场变化的响应时间极短, 可达10-9 s,因此可制成高速光闸和光调制器等,用于高速摄影、影片电视以及激光通讯等领域。

    另一种电光效应是泡克耳斯效应,即某些晶体在外加电场的作用下改变了原先各向异性的性质。例如,磷酸二氢钾(KH2PO4,简称为KDP)晶体原为单轴晶体,在电场作用下变为双轴晶体,于是就沿原来光轴的方向产生了附加的双折射效应。泡克耳斯效应是线性电光效应,这就是说附加双折射效应所引起的相位差与外加电场的一次方成正比。在相同条件下,泡克耳斯盒所需要施加的电压是克尔盒的1/5~1/10,所以近年来克尔盒逐渐被泡克耳斯盒代替。磷酸二氘钾(KD2PO4,简称为KD*P)晶体的性能比KDP又有很大提高,用于泡克耳斯盒可以进一步降低电压。

       
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