- Эффект Керра
-
Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект — явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля.
В сильных полях наблюдаются небольшие отклонения от закона Керра.
Эффект Керра был открыт в 1875 году шотландским физиком Джоном Керром (англ.).
Содержание
Качественное описание
Под воздействием внешнего постоянного или переменного электрического поля в среде может наблюдаться двойное лучепреломление, вследствие изменения поляризации вещества. Пусть коэффициент преломления для обыкновенного луча равен
, а для необыкновенного —
. Разложим разность коэффициентов преломления
, как функцию внешнего поля
, по степеням
. Если до наложения поля среда была неполяризованной и изотропной, то
должно быть чётной функцией
(при изменении направления поля эффект не должен менять знак). Значит, в разложении по степеням
должны присутствовать члены лишь чётных порядков, начиная с
. В слабых полях членами высших порядков можно пренебречь, в результате чего
Эффект Керра обусловлен, главным образом, гиперполяризуемостью среды, происходящей в результате деформации электронных орбиталей атомов или молекул или вследствие переориентации последних. Оптический эффект Керра оказывается очень быстрым, так как в твёрдых телах может произойти только деформация электронного облака атома.
Закон Керра
где
— длина волны света в вакууме;
— постоянная Керра, зависящая от природы вещества, длины волны
и температуры. Постоянной Керра также называют величину
где n — показатель преломления в отсутствие E.[1]
Для большинства веществ
, что означает их подобие оптически положительным одноосным кристаллам.
Количественная теория
Количественная теория для газов была построена Ланжевеном в 1910 году.
Параметром вещества, который характеризует возможность наблюдения в данном веществе эффекта Керра, является восприимчивость третьего порядка, поскольку эффект пропорционален напряжённости электрического поля в третьей степени (в приведённом выше уравнении третье электрическое поле — поле световой волны).
Синхронизация мод
Существует возможность реализации быстрой синхронизации мод в лазере, которая основана на эффекте Керра. Пусть интенсивность пучка в керровской среде имеет поперечное (например, гауссово) распределение интенсивности. Следовательно, интенсивность в центре пучка будет больше, чем в хвостах, в соответствии с формулой:
, и поэтому возникает нелинейное изменение показателя преломления
. В первом порядке по
сдвиг фазы может быть описан параболической функцией параметра
, что эквивалентно появлению сферической линзы в среде Керра. Чем больше интенсивность пучка, тем сильнее он будет фокусироваться, и как следствие, испытывать меньшие потери. Если эти потери правильно распределить внутри резонатора, можно получить пассивную синхронизацию мод.
Применение
Электрооптический эффект используется в оптоволоконных технологиях для электрической модуляции пропускаемости оптических сигналов.
См. также
Примечания
- ↑ Эффект Керра — статья из Физической энциклопедии
Литература
- Прохоров А.М. Физический Энциклопедический Словарь. — Советская энциклопедия, 1983. — С. 280. — 928 с.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.. — Т. IV. Оптика.
- Звелто О. Принципы лазеров. — Лань, 2008. — С. 404. — 719 с.
Ссылки
- Ю. Е. Светлов Керра эффект // БСЭ
- Описание эффекта Керра в физической энциклопедии
- Теоретическое описание эффекта Керра в лабораторной работе
- Описание работы Керра, описание эффекта Керра и прочих эффектов
У этой статьи нет иллюстраций. Вы можете помочь проекту, добавив их (с соблюдением правил использования изображений).
Для поиска иллюстраций можно:- попробовать воспользоваться инструментом FIST: нажмите эту ссылку, чтобы начать поиск;
- попытаться найти изображение на Викискладе;
- просмотреть иноязычные варианты статьи (если они есть);
- см. также Википедия:Источники изображений.
Категории:- Нелинейные оптические явления
- Электрооптические эффекты
- Физические эффекты и явления
- Оптоэлектроника
Wikimedia Foundation. 2010.