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3.23.2 电光效应(二)

下一节:3.23.3 声光效应

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3.23.2 电光效应(二)课程教案、知识点、字幕

大家好

这一讲我们继续讲电光效应

主要讲二级电光效应

和电光效应的应用

我们先来看二级电光效应

二级电光效应又叫克尔效应

这是一个克尔效应的基本装置

前面P表示一个起偏器

后面A表示一个检偏器

它俩是一个互相正交的

中间加了一个容器

容器里面装上这个硝基苯

是一种各向同性介质的液体

在这个容器的前后两侧

也就是横向位置加上一个电场E

加上一个电场E

这个电场E加上以后

原来各向同性介质的液体

就变成了一个单轴晶体

单轴晶体它的折射率椭球方程

可以由这个式子给出

也就等于这是新的

折射率椭球方程

原来是各向同性介质的

折射率都是n

现在加了电场E之后

它沿x y方向的折射率

是一个值相同的

其中S11 S12是

二次电光系数

沿不同方向

二次电光系数

我们这里先给定

溶液这个宽度是L

就是沿纵向

光通过的这个方向的宽度是L

它的溶液的厚度是h

就是它的厚度

这样以来我们就可以得到

沿着x y方向上的折射率n o

就等于n减掉二分之一n立方

S12倍的一平方

nE就等于n减掉二分之一

n立方倍的S11乘以E平方

我们可以看出它就相当于

是一个单轴晶体等于1

这里的no呢

就是光波振动方向

与外界电场方向正交的时候

介质的折射率

ne是光波振动方向

与外电场方向平行时

介质的折射率

这样我们就很容易得到

它的工学性质

no-ne就是它的折射率差

就等于二分之一倍的n立方

S12-S11倍的E平方

把中间这一堆写成一个K的形式

K等于n立方S12-S11

除以2倍的λ

这样我们就可以得到

折射率差no-ne

等于K倍的λE平方

所以它跟这个E的平方成正比

所以折射率差表现出

二级电光效应的特征

它的相位差就乘以2π除以λ

就得到了2π倍的K E平方l

代入我们前面导出的

平面波干涉的

互相垂直的起偏器 检偏器

互相垂直的

这样一个强度分布公式

I就等于I0sin2分之δ平方

也就等于I0sinπKlV平方

除以h平方的平方

这里的K是我们刚才定义的

电光系数相关的这样一个常数K

l是它纵向通过这个液体的距离

V是它加入电压的大小

h是它的厚度

所以V除以h就应该是电场强度

接下来我们讨论

电光效应的应用

电光效应应用最普遍的例子

是电光调制

这是一个电光调制的基本结构

前面用一束激光

假如说氦氖激光平行入射到

这样一个系统中

前面用一个起偏器P

后面用一个检偏器A

P和A的位置可以相互调整

然后中间是我们说的

电光晶体KDP

KDP加上电压

我们用这个符号来表示

它加上的

在前后表面加电压

可以看出来这是一个

纵向电光效应的基本装置

纵向电光效应的基本装置

可以用来调制出射光的光强

我们把上一讲得到的

互相垂直的

P和A互相垂直的这样一个

偏振光的干涉强度分布公式

I等于2分之I0

乘以1-cosδ

也就等于I0倍的sinπV

除以2Vπ平方

我们从这个强度表达式中

可以看出

当V也就是所加的电压

V等于0的时候

它的出射光的强度I是等于0的

所以这个系统的

透过率P就等于0

当所加的电压V等于Vπ的时候

I就等于I0

也就是得到最大值

这个时候整个系统的透过率P

就等于1

所以通过我们外加电压

可以调制出射光的光强

我们假如外加的电压

是0和Vπ

组成这样一个方波

0 Vπ 0 Vπ

所以这样出射光就是一个

01 01 这样一个强度分布

所以我们可以作为电光开关

来使用这个电光晶体

这个表就表示了

调制偏振光 偏振态

随外加电压的变化的关系

当入射光为垂直方向的

线偏振光的时候

我们可以通过加V不同的值

得到出射光的各种偏振态

比方说V除以Vπ=0的时候

它出射光的偏振态是不变的

还是垂直线偏振光

当V比Vπ等于2分之1的时候

δ等于2分之π

所以它就产生一个

左旋圆偏振光

当V比Vπ等于1的时候

δ等于π

所以它变了90度

变成了一个水平的线偏振光

当V比Vπ等于2分之3的时候

它产生2分之3π的相位差

一个垂直线偏振光

就变成了一个右旋圆偏振光

当V比Vπ等于2的时候

δ=2π

也就是它的偏振态没有变化

仍然是一个垂直的线偏振光

我们说电光调制

可以起这个光强的调制作用

就是说I比I0

就是出射光的光强

除以入射光的光强

应该等于sinπV除以2Vπ平方

这里的V就是我们所加的

电压的强度

从这个公式可以看出来

它的强度不是随着

电压线性变化的

因为我们把它作为

小角度近似

把这个因为Vπ特别大

所以你加的电压比较小的时候

整个这个sin里面这个值比较小

用这个小角度近似

可以得到I和I0之间的关系

是一个跟所加电压V的平方

成正比的一个关系

这个时候呢

如果以O点为工作点

就是原来以0点为工作点

V=0的时候

为工作点的时候

这个时候

这个曲线的斜率特别小

就造成了灵敏度比较低

这样一个特征

为了把这个IV线性化

就是出射光强跟所加电压

基本成线性变化的关系

我们把这个工作点平移

也就是电学里头的偏置

我们把它偏置到这个变化曲线

在这个线性范围之内

就是IV的响应曲线

在这个线性段

这样一个范围之内

看这样一个余弦平方

这样一个关系

我们把它变到这个中间

也就等于2分之Vπ的位置

也就是Q点

它左右基本上是呈现线性的

怎么进行偏置呢

我们当然可以加电压

可以加一个半波电压的一半

半波电压的一半

也就把它偏置到了

这样一个线性工作区域内

但是我们说半波电压很高

要加半波电压一半的时候

也是一个比较困难的事情

所以我们用四分之一波片

来进行光学偏置

四分之一波片

可以把引入的相位差

是二分之π

所以可以把这个工作点移到

这个四分之Vπ这样一个位置

工作点移到这个

调制曲线的中点附近

可以改善输出和输入

这个线性关系

输出信号就可以随着

外加电压的增大而增大

经过四分之一波片之后

我们再通过这个系统

或者先通过这个系统

再加入四分之一波片

我们都可以得到这种

光学偏置的效果

偏置之后它的光强I

就等于I0sinπV除以2Vπ

加四分之一π 整个的平方

这是电光光强调制器

输出特性的示意图

我们可以看出

当我们把这个工作点

调到余弦平方的线性区域之后

输入信号是一个正弦的话

它输出信号也是近似正弦的

输出光强的调制频率

等于外加电压的频率

这些电光调制的基本原理

可用于实现激光通讯

也可以用做光电开关

这一讲就讲到这里

光学工程基础课程列表:

绪论——课程内容简介

-1.1.1 课程背景和内容简介

--课程背景和内容简介

-1.1.2 光学工程的特点

--光学工程的特点

-1.1.3 本课程的学习方法

--本课程的学习方法

--外部链接

绪论——预备知识

-1.2.1 微积分基础知识

--微积分基础知识

-1.2.2 光学工程中的常用函数

--光学工程中的常用函数

-1.2.3 常用函数的运算与变换

--常用函数的运算与变换

-扩展阅读

--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff

--SPIE课程:Optics-Light at Work

--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story

--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community

--版权说明

上篇:应用光学——光波、光线和成像

-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律

--基本概念和光线传播基本定律

-2.1.2 成像基本概念

--成像基本概念

-2.1.3 费马原理

--费马原理

-2.1.4 等光程成像

--等光程成像

-2.1.5 常用曲面形状

--常用曲面形状

-第一次作业--作业

上篇:应用光学——近轴光学

-2.2.1 近轴光学基本概念

--近轴光学基本概念

-2.2.2 近轴球面成像

--近轴球面成像

-2.2.3 近轴球面成像放大率

--近轴球面成像放大率

-2.2.4 物像空间及光学不变量

--物像空间及光学不变量

-2.2.5 矩阵光学简介

--矩阵光学简介

-2.2.6 矩阵光学应用

--矩阵光学应用

-第二次作业--作业

上篇:应用光学——理想光学系统

-2.3.1 理想光学系统基本概念

--2.3.1 理想光学系统基本概念

-2.3.2 理想光学系统的基点与基面

--2.3.2 理想光学系统的基点与基面

-2.3.3 图解法求像

--2.3.3 图解法求像

-2.3.4 解析法求像

--2.3.4 解析法求像

-2.3.5 理想光学系统的放大率

--2.3.5 理想光学系统的放大率

-2.3.6 理想光学系统焦距关系

--2.3.6 理想光学系统焦距关系

-2.3.7 理想光学系统组合

--2.3.7 理想光学系统组合

-2.3.8 透镜与薄透镜

--2.3.8 透镜与薄透镜

-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

--2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

-第三次作业--作业

上篇:应用光学——平面反射镜与棱镜

-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜

--2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜

-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像

--2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像

-2.4.3 反射棱镜成像方向

--2.4.3 反射棱镜成像方向

-2.4.4 棱镜转动定理

--2.4.4 棱镜转动定理

-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

--2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

-2.4.6 光学材料简介

--2.4.6 光学材料简介

-第四次作业--作业

上篇:应用光学——光学系统中的光束限制

-2.5.1 光阑简介与孔径光阑

--2.5.1 光阑简介与孔径光阑

-2.5.2 视场光阑与渐晕

--2.5.2 视场光阑与渐晕

-2.5.3 远心光路

--2.5.3 远心光路

-2.5.4 景深

--2.5.4 景深

-第五次作业--作业

补充材料:光度学与色度学基础(不占学时)

-2.6.1 光度学与色度学基础

--2.6.1 辐射度学

-2.6.2 视见函数和光度学

--2.6.2 视见函数和光度学

-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律

--2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律

-2.6.4 色度学基本概念

--2.6.4 色度学基本概念

-2.6.5 CIE标准色度学系统

--2.6.5 CIE标准色度学系统

-第六次作业--作业

上篇:应用光学——像差简介

-2.7.1 球差

--2.7.1 球差

-2.7.2 色差

--2.7.2 色差

-2.7.3 子午像差和弧矢像差

--2.7.3 子午像差和弧矢像差

-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

--2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

-2.7.5 垂轴像差、波像差

--2.7.5 垂轴像差、波像差

-2.7.6 光学传递函数

--2.7.6 光学传递函数

-第七次作业(像差)--作业

上篇:应用光学——人眼

-2.8.1 人眼的光学模型

--2.8.1 人眼的光学模型

-2.8.2 人眼的缺陷与校正

--2.8.2 人眼的缺陷与校正

-2.8.3 人眼的景深

--2.8.3 人眼的景深

上篇:应用光学——光学系统的分辨率

-2.9.1 光学系统的分辨率

--2.9.1 光学系统的分辨率

-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)

-2.9.2 人眼的分辨率

--2.9.2 人眼的分辨率

-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)

上篇:应用光学——放大镜

-2.10.1 放大镜

--2.10.1 放大镜

-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)

-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜

--2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜

上篇:应用光学——望远系统

-2.11.1 望远系统

--2.11.1 望远系统

-2.11.2 望远镜的放大倍率

--2.11.2 望远镜的放大倍率

-2.11.3 望远镜的视觉放大率

--2.11.3 望远镜的视觉放大率

-2.11.4 望远镜的分辨率

--2.11.4 望远镜的分辨率

-第九次作业(望远镜)--作业

上篇:应用光学——显微系统

-2.12.1 显微镜及其放大率

--2.12.1 显微镜及其放大率

-2.12.2 显微镜的视觉放大率

--2.12.2 显微镜的视觉放大率

-2.12.3 显微镜的孔径光阑

--2.12.3 显微镜的孔径光阑

-2.12.4 显微镜的机械筒长

--2.12.4 显微镜的机械筒长

-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率

--2.12.5 显微镜的分辨率

-2.12.6 显微镜的景深

--2.12.6 显微镜的景深

-2.12.7 显微镜的照明系统

--2.12.7 显微镜的照明系统

-第九次作业(显微镜)--作业

下篇:物理光学——光的电磁性质

-3.1.1 电磁场的波动性

--3.1.1 电磁场的波动性

-3.1.2 平面电磁波及其性质

--3.1.2 平面电磁波及其性质

-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能

--3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能

下篇:物理光学——在两电介质分界面上的折射和反射

-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)

--3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)

-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射

--3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射

-3.2.3 菲涅耳公式

--3.2.3 菲涅耳公式

-3.2.4 全反射与倏逝波

--3.2.4 全反射与倏逝波

-3.2.5 金属表面的反射

--3.2.5 金属表面的反射

-3.2节课后习题--作业

下篇:物理光学——光的吸收、色散和散射

-3.3.1 光的吸收、色散和散射

--3.3.1 光的吸收、色散和散射

下篇:物理光学——光波的叠加

-3.4.1 光波的叠加

--3.4.1光波的叠加

下篇:物理光学——干涉原理及相干条件

-3.5.1 干涉原理及相干条件

--3.5.1 干涉现象与干涉条件

-3.5节课后习题--作业

下篇:物理光学——杨氏干涉实验

-3.6.1 干涉图样计算

--3.6.1 干涉图样计算

-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

--3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

-3.6节课后习题--作业

下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素

-3.7.1 时间相干性

--3.7.1 时间相干性

-3.7.2 空间相干性

--3.7.2 空间相干性

-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素

下篇:物理光学——平板的双光束干涉

-3.8.1 干涉条纹的定域

--3.8.1 干涉条纹的定域

-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉

--3.8.2 平行平板产生的等倾干涉

-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉

--3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉

-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题

下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用

-3.9.1 斐索干涉仪

--3.9.1 斐索干涉仪

-3.9.2 迈克尔逊干涉仪

--3.9.2 迈克尔逊干涉仪

-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用

下篇:物理光学—— 平行平板的多光束干涉及其应用

-3.10.1 平行平板的多光束干涉

--3.10.1 平行平板的多光束干涉

-3.10.2 F-P 干涉仪

--3.10.2 F-P 干涉仪

-3.10.3 光学薄膜基础

--3.10.3 光学薄膜基础

-3.10.4 单层膜与多层膜

--3.10.4 单层膜与多层膜

-3.10课后习题--作业

下篇:物理光学—— 光波的标量衍射理论

-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理

--3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理

-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类

--3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类

-3.11节习题--作业

下篇:物理光学—— 典型孔径的夫朗和费衍射

-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义

--3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义

-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射

--3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射

-3.12.3 圆孔衍射

--3.12.3 圆孔衍射

-3.12节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领

-3.13.1 成像系统的分辨本领

--3.13.1 成像系统的分辨本领

-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领

下篇:物理光学—— 多缝的夫朗和费衍射

-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射

--3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射

-3.14.2 光栅的分光性能

--3.14.2 光栅的分光性能

-3.14.3 几种典型光栅

--3.14.3 几种典型光栅

-3.14节习题--作业

下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射

-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

--3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

-3.15.2 菲涅耳透镜

--3.15.2 菲涅耳透镜

-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)

下篇:物理光学—— 傅立叶光学

-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解

--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解

-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法

--光波衍射的傅里叶分析方法

-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质

--3.16.3 透镜的傅立叶变换性质

-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数

--3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数

-3.16节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学信息处理

-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数

--3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数

-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理

--3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理

-3.17.3 全息术

--3.17.3全息术

-3.17节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体中传播

-3.18.1 偏振光概述

--3.18.1 偏振光概述

-3.18.2 光在晶体中的传播

--3.18.2 光在晶体中的传播

-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播

--3.18.3 单色平面波在晶体中的传播

-3.18.4 单轴晶体中光的传播

--3.18.4 单轴晶体中光的传播

-3.18节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体表面的折射和反射

-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

--3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

下篇:物理光学—— 晶体偏振器件

-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)

--3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)

-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)

--3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)

-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示

--3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示

-3.20节课后作业--作业

下篇:物理光学——偏振光的变换和测定

-3.21.1 偏振光的变换

--3.21.1 偏振光的变换

-3.21.2 偏振光的测定

--3.21.2 偏振光的测定

-3.21节课后习题--作业

下篇:物理光学——偏振光的干涉

-3.22.1 平面偏振光的干涉

--3.22.1 平面偏振光的干涉

-3.22.2 会聚偏振光的干涉

--3.22.2 会聚偏振光的干涉

-3.22节课后习题--作业

下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应

-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)

--3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)

-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)

--3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)

-3.23.2 电光效应(一)

--3.23.2 电光效应(一)

-3.23.2 电光效应(二)

--3.23.2 电光效应(二)

-3.23.3 声光效应

--3.23.3 声光效应

-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题

期末考试

-期末考试--作业

3.23.2 电光效应(二)笔记与讨论

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