Эффект Керра

Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект, — явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально квадрату напряжённости приложенного электрического поля. Отличается от эффекта Поккельса тем, что изменение показателя прямо пропорционально квадрату электрического поля, в то время как последний изменяется линейно. Эффект Керра может наблюдаться во всех веществах, однако некоторые жидкости проявляют его сильнее других веществ. Открыт в 1875 году шотландским физиком Джоном Керром.

В сильных полях наблюдаются небольшие отклонения от закона Керра.

Электрооптический эффект КерраПравить

Качественное описаниеПравить

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 — от сотен фемтосекунд до нескольких наносекунд (  —   с), — так как в твёрдых телах может произойти только деформация электронного облака атома.

Закон КерраПравить

 

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 теорияПравить

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).

ПрименениеПравить

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

Синхронизация модПравить

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.

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

ЛитератураПравить

  • 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.

СсылкиПравить