23-10-2023
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 |
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.
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 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).
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.
Электрооптический эффект используется в оптоволоконных технологиях для электрической модуляции пропускаемости оптических сигналов.
Эффект Керра.