3.3.3. Эффект Керра

Эффект Керра заключается в возникновении двулучепреломления поляризованного света, распространяющегося в диэлектрике, помещенном электрическом поле.

Оптически изотропный диэлектрик (твердый, жидкий, газообразный) может стать оптически анизотропным при внесении его во внешнее однородное электрическое поле (эффект Керра). Под действием поля диэлектрик по своим оптическим свойствам становится подобным одноосному кристаллу, оптическая ось которого параллельна направлению поля. Эффект Керра (структурная схема изображена на рис. 3.18) возникает во многих изотропных веществах, но наиболее часто используется нитробензол, который имеет наиболь­ший коэффициент Керра по сравнению с другими веществами (вода, бензол, эпоксидные компаунды и др.).

1 – оптически активное

Рис. 3.18 вещество; 2 – конденсатор

Рис. 3.19

На рис. 3.19 показано устройство ячейки Керра (преобразователя Керра). Электрическое поле в оптически активном веществе 1 создается с помощью двух электродов 2, на которые подается электрическое напряжение U.

Для монохроматического света, распространяющегося в веществе перпендикулярно вектору напряженности внешнего электрического поля , разность хода для обыкновенного и необыкновенного лучей

, (3.44)

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.

Интенсивность света J на выходе ячейки Керра (рис. 3.19) определяется выражением

, (3.45)

где J₀– интен­сивность света на входе ячейки;С_k– коэффициент Керра;l_k– эффективная длина ячейки Керра;d – расстоя­ние между электродами.

Одной из характеристик веществ, в которых наблюдается эффект Керра, является постоянная Керра:К=k/n, гдеn– абсолютный показатель преломления вещества в отсутствие внешнего электрического поля.

Электрооптический эффект Керра используется для изме­рения напряженности электрического поля и напряжения. На рис. 3.20 показано устройство вольтметра на основе эффекта Керра.

1 – лазер; 2 – поляризатор; 3 – оптически активное вещество; 4 – конденсатор;

5 – анализатор; 6 – фотоприемник; 7 – измерительный прибор

Рис. 3.20

Поляризованный луч света, образуемый с помощью источника света 1 (лазер) и поляризатора 2, проходит через электрическое поле в оптически активном веществе 3, создаваемое конденсатором 4, к электродам которого прило­жено измеряемое напряжениеU_x. При этом луч света направленперпендикулярно вектору напряженности этого поля. После ана­лизатора 5 свет попадает в фотоприемник 6, где он преобразуется в электрический сигнал, измеряемый прибором 7.

3.3.4. Эффект Поккельса

Эффект Поккельса заключается в возникновении двухлучепреломления поляризованного света, распространяющегося в диэлектрике, помещенном в электрическом поле.

Структурная схема эффекта представлена на рис. 3.21.

Рис. 3.21 Рис. 3.22

Линейный электрооптический эффект Поккельса наблюдается в пьезоэлектрических кристаллах, находящихся в электрическом поле. В зависимости от направления вектора напряженности электрического поля возникает продольный или поперечный эффекты Поккельса. Продольный эффект сильнее всего проявляется в кристаллах дигидрофосфата аммония NH₄H₂PO₄ или гидрофосфата калия KH₂PO₄. Поперечный эффект сильно проявляется в кристаллах ниобата лития LiNbO₃. На рис 3.22 показана ячейка Поккельса, в которой наблюдается продольный эффект Поккельса. Электрическое поле в кристалле 1 может быть создано при помощи кольцевых электродов 2, к которым приложено на­пряжениеU. Интенсивность светаJна выходе ячейки Поккельса можно определить из выражения

, (3.46)

где J₀иJ– интенсивность света на входе и выходе ячейки Поккельса;r₆₃– электрооптический коэффициент кристалла;n₀– показатель преломления кристалла в отсутствие электрического поля;λ– длина волны излучения;l_П– эффективная длина преобразователя Поккельса.

Поперечный эффект сильно проявля­ется в кристаллах ниобата лития LiNbО₃. Эффект Поккельса используется в электрооптических вольтметрах и модуляторах света. Схема вольтметра на основе продольного электрооптического эффекта Поккельса подобна схеме вольтметра на основе эффекта Керра (см. рис. 3.20).