Эффект Керра

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект — явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально квадрату напряженности приложенного электрического поля.

В сильных полях наблюдаются небольшие отклонения от закона Керра.

Эффект Керра был открыт в 1875 году шотландским физиком Джоном Керром.

Качественное описание[править | править вики-текст]

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 n_o, а для необыкновенного — n_e. Разложим разность коэффициентов преломления n_o-n_e, как функцию внешнего поля E, по степеням E. Если до наложения поля среда была неполяризованной и изотропной, то n_o-n_e должно быть чётной функцией E (при изменении направления поля эффект не должен менять знак). Значит, в разложении по степеням E должны присутствовать члены лишь чётных порядков, начиная с E^2. В слабых полях членами высших порядков можно пренебречь, в результате чего

n_e-n_o = k \vec{E}^2.

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 — от сотен фемтосекунд до нескольких наносекунд (10^{-13} — 10^{-9} с), — так как в твёрдых телах может произойти только деформация электронного облака атома.

Закон Керра[править | править вики-текст]

n_e-n_o=b\lambda_0 E^2,

где \lambda_0 — длина волны света в вакууме; b — постоянная Керра, зависящая от природы вещества, длины волны \lambda_0 и температуры. Постоянной Керра также называют величину K = b\lambda_0 / n, где n — показатель преломления в отсутствие E.[1]

Для большинства веществ b>0, что означает их подобие оптически положительным одноосным кристаллам.

Количественная теория[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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: n=n_o+n_2 I, и поэтому возникает нелинейное изменение показателя преломления \delta n. В первом порядке по (r/w)^2 сдвиг фазы может быть описан параболической функцией параметра r/w, 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[править | править вики-текст]

Электрооптический эффект используется в оптоволоконных технологиях для электрической модуляции пропускаемости оптических сигналов.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • 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[править | править вики-текст]