Elektrooptični pojav

Iz MaFiRaWiki

Elektrooptični pojav je fizikalni pojav, pri katerem pride do spremembe lomnega količnika snovi, kot posledica odziva snovi na statično ali počasi se spreminjajoče električno polje, katerega frekvenca je bistveno manjša od frekvence svetlobe. Sam pojem vključuje vrsto različnih pojavov, med katerimi sta najpomembnejša Pockelsov ali linearni elektrooptični pojav in Kerrov ali kvadratični elektrooptični pojav.


Vsebina

Pockelsov pojav

Pockelsov ali linearni elektrooptični pojav, pri katerem je sprememba lomnega količnika n sorazmerna zunanjem električnemu polju E:

n(E)\approx n - \frac{1}{2} \tau n^3 E

Koeficient τ imenujemo Pockelsov koeficient ali količnik linearnega elektrooptičnega odziva. Tipične vrednosti τ znašajo med 10 − 12 − 10 − 10m / V, spremembe lomnega količnika so tako majhne (za E = 106V / m je drugi člen enačbe reda 10 − 6 do 10 − 4).

Medij za katerega velja zgornja linearna zveza imenujemo tudi Pockelsov medij oziroma Pockelsova celica. Značilni predstavniki so nekateri za svetlobo transparentni kristali brez centra inverzije, na primer: NH4H2PO4 (ADP), KH2PO4 (KDP), LiNbO3, LiTaO3 in CdTe.

Zgodovina

Poskuse z linearnim odzivom optično aktivnih snovi je prvi v kvarcu izvedel Wilhelm Conrad Röntgen, podrobneje pa se je z njimi ukvarjal nemški fizik Friedrich Carl Alwin Pockels (1865-1913), po katerem je bil pojav kasneje tudi poimenovan.


Kerrov pojav

Kerrov pojav ali kvadratični elektrooptični pojav, pri katerem je sprememba lomnega količnika n sorazmerna kvadratu zunanjega električnega polja E:

n(E)\approx n - \frac{1}{2} s n^3 E^2

Snovem s kvadratičnim odzivom pravimo Kerrovi mediji oziroma Kerrove celice in imajo center inverzije, tej zahtevi ustreza večina plinov, kapljevin in nekateri za svetlobo transparentni kristali.

Koeficient s imenujemo Kerrov koeficient ali količnik kvadratičnega elektrooptičnega odziva. Tipične vrednosti s znašajo 10 − 18 − 10 − 14m2 / V2 za kristale in 10 − 22 − 10 − 19m2 / V2 za tekočine.

Zgodovina

Leta 1875 je škotski fizik John Kerr (1824-1907) odkril, da v zunanjem električnem polju določeni materiali izkazujejo enoosno dvolomno obnašanje. Ta pojav, poimenovan po odkritelju Kerrov pojav, ima kvadratno odvisnost od jakosti zunanjega električnega polja.


Uporaba

Elektrooptični modulatorji

Oba pojava uporabljamo pri izdelavi elektrooptičnih modulatorjev, kjer s pomočjo zunanjega električnega polja spreminjamo fazo, frekvenco ali amplitudo svetlobe, ki potuje čez snov. Na Pockelsov medij svetimo s polarizirano svetlobo, prepuščeni žarek je fazno oziroma frekvenčno moduliran linearno z jakostjo zunanjega električnega polja. Spremembo faze lahko zaznamo na izhodu kristala s pomočjo interferometra. Amplitudni modulator izdelamo tako, da elektrooptični kristal (ponavadi Pockelsov medij) priključen na dve elektrodi postavimo med dva linearna polarizatorja svetlobe. Intenziteta izhodnega signala je zaradi elektrooptičnega pojava in obeh polarizatorjev amplitudno modulirana, kar omogoča izdelavo hitrih (nanosekundnih) zaslonk, uporabo v pulznih laserskih resonatorjih in sestavljanje prostorskih elektrooptičnih modulatorjev, ki se uporabljajo v tekočekristalnih zaslonih.

Elektrooptični deflektorji

Za izdelavo elektrooptičnih deflektorjev uporabimo optične prizme izdelane iz elektrooptičnih materialov. Lomni količnik je spremenjen zaradi Pockelsovega pojava, kar spremeni smer širjenja svetlobnega žarka znotraj prizme oziroma njegov odklon iz prvotne smeri. Prednost elektrooptičnih deflektorjev je njihov hitri odzivni čas, vendar je za doseganje zadovoljivih kotnih resolucij potrebna visoka napetost, kar jih naredi manj konkurenčne mehaničnim in akustooptičnim deflektorjem.

Viri

  • Guenther, Robert D. (1990). Modern Optics. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-60538-7
  • Saleh, Bahaa E. A. in Teich, Malvin Carl (2007). Fundamentals of Photonics 2nd ed. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-83965-5.
Osebna orodja