Elektrooptični pojav

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Elektrooptični pojav je fizikalni pojav, pri katerem pride do spremembe lomnega količnika snovi v statičnem ali počasi se spreminjajočem zunanjem električnem polju. Sam pojem vključuje vrsto različnih pojavov, med katerimi sta najpomembnejša Pockelsov ali linearni elektrooptični pojav in Kerrov ali kvadratični elektrooptični pojav.

Pockelsov pojav[uredi | uredi kodo]

Pri Pockelsovem ali linearnem elektrooptičnem pojavu je sprememba lomnega količnika n sorazmerna električni poljski jakosti E:

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

Koeficient \tau imenujemo Pockelsov koeficient ali količnik linearnega elektrooptičnega odziva. Tipične vrednosti \tau so 10^{-12} - 10^{-10} m/V, zato so tudi spremembe lomnega količnika majhne (za E=10^6 V/m je sprememba lomnega količnika reda 10^{-6} - 10^{-4}). V splošnem moramo namesto Pockelsovega koeficienta \tau uporabiti tenzor koeficientov, ki ustreza simetriji kristala.

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: NH_4 H_2 PO_4 (ADP), KH_2 PO_4 (KDP), LiNbO_3, LiTaO_3 in CdTe.

Zgodovina[uredi | uredi kodo]

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 so pojav kasneje tudi poimenovali.

Kerrov pojav[uredi | uredi kodo]

Pri Kerrovem ali kvadratičnem elektrooptičnem pojavu je sprememba lomnega količnika n sorazmerna kvadratu električne poljske jakosti E:

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

Snovem s kvadratičnim odzivom rečemo Kerrovi mediji, oziroma Kerrove celice, in imajo center inverzije. Ta pojav opazimo v plinh, kapljevinah in nekaterih za svetlobo transparentnih kristalih.

Koeficient s imenujemo Kerrov koeficient ali količnik kvadratičnega elektrooptičnega odziva. Tipične vrednosti s znašajo 10^{-18}-10^{-14} m^2/V^2 za kristale in 10^{-22}-10^{-19} m^2/V^2 za tekočine. V splošnem moramo namesto Kerrovega koeficienta s uporabiti tenzor koeficientov, ki ustreza simetriji snovi.

Zgodovina[uredi | uredi kodo]

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[uredi | uredi kodo]

Elektrooptični modulatorji[uredi | uredi kodo]

Oba pojava uporabljamo pri izdelavi elektrooptičnih modulatorjev, kjer s pomočjo zunanjega električnega polja spreminjamo fazo, frekvenco ali amplitudo vpadne svetlobe.

Za izdelavo modulatorjev praviloma uporabimo dvolomen kristal. Amplitudni modulator izdelamo tako, da elektrooptični kristal, 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[uredi | uredi kodo]

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[uredi | uredi kodo]

  • Guenther, R.D. (1990). Modern Optics. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-60538-7
  • Saleh, B.E.A. & Teich, M.C. (2007). Fundamentals of Photonics, 2. izdaja. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-83965-5