Глава 5. Приборы управления световыми

потоками

Работа современных приборов управления световыми потоками основана на использовании электро-, магнито-и пьезооптических эффектов в кристаллах.

5.1. Электрооптические, магнитооптические и пьезооптические эффекты

Под электрооптическими, магнитооптическими и пьезооптическими эффектами понимают эффекты, связанные с изменением оптических свойств вещества под воздействием внешних элект­рических и магнитных полей или упругих механических дефор­маций.

Общим для указанных эффектов является то, что внешние воздействия приводят к изменению симметрии кристалла, след­ствием чего является изменение его свойств. Воздействие вешних механических напряжений, электрических и магнитных полей приводит к изменению коэффициентов оп­тической индикатрисы кристалла. В этом состоит сущность рассматриваемых эф­фектов.

Параметры, характеризующие распространение света в анизотропной среде – его скорость, а также затухание световой волны, принято описывать комплексным показателем преломления

, (1)

где n характеризует замедление скорости света в веществе, а - коэффициент поглощения световой энергии.

Наряду с комплексным показателем преломления оптические свойства вещества можно характеризовать комплексной относительной диэлектрической проницаемостью

,(2)

которая в анизотропной среде представляет собой симметричный тензор второго ранга.

Для описания оптических свойств кристаллов принято использовать тензор поляризационных констант а_ij, обратный тензору диэлектрической проницаемости

. (3)

В главной системе координат xyz уравнение оптической индикатрисы имеет вид

. (4)

Это уравнение описывает эллипсоид общего вида с главными полуосями, равными коэффициентам преломления n₁. n₂. n₃ (рис. 5.1). Эллипсоид показателей преломления характеризует зависимость коэффициентов преломления вещества по направлениям.

Рис. 5.1. Индикатриса коэффициентов оптического преломления.

При наложении электрического поля эллипсоид оптической индикатрисы поворачивается и деформируется. Изменение коэффициента оптической индикатрисы под воз­действием внешнего электрического поля E в общем случае будет описываться соотношением

(5)

Первое слагаемое в правой части выражает линейный электрооптический эффект (эффект Поккельса), второе - квадратичный электрооптический эффект (эффект Керра). Остальные слагаемые соответствуют эффектам более высокого порядка.

Внешнее магнитное поле также может приводить к изменению оптических характеристик материалов. Наиболее сильным магнитооптическим эффектом первого порядка является эффект Фарадея, заключающийся во вращении плоскости поляризации света, распространяющегося вдоль направления магнитного поля. Угол поворота плоскости поляризации φ пропорционален длине пути света в веществе и индукции магнитного поля

, (6)

где V – коэффициент пропорциональностьи, называемый постоянной Верде.

Эффекты, связанные с изменением показателя преломления вещества под действием упругих механических напряжений, называются пьезооптическими или упругооптическими эффектами. Линейный упругооптический (фотоупругий) эффект заключается в том, что показатель преломления среды изменяется пропорционально механической деформации. Изменение коэффициентов оптической индикатрисы при линейном эффекте описывается соотношением

, (7)

где π_ij – пьезооптические коэффициенты.