Кіріспе
Электр өрісінің әсерінен оптикалық қасиеттердің өзгеруі
Электрооптикалық эффект – жарық жиілігімен салыстырғанда баяу өзгеретін электр өрісіне жауап ретінде материалдың оптикалық қасиеттерінің өзгеруі. Бұл термин бірнеше ерекше құбылыстарды қамтиды, оларды былай бөлуге болады:
An electro–optic effect is a change in the optical properties of a material in response to an electric field that varies slowly compared with the frequency of light. The term encompasses a number of distinct phenomena, which can be subdivided into
а) сіңірудің өзгеруі
Электросіңіру: сіңіру тұрақтыларының жалпы өзгеруі
Франц-Кельдыш эффектісі: кейбір жартылай өткізгіштерде байқалатын сіңірудің өзгеруі
Кванттық шектелген Старк эффектісі: кейбір жартылай өткізгіштердегі кванттық құдықтарда сіңірудің өзгеруі
Электрохромдық эффект: белгілі бір толқын ұзындықтарында түс өзгертуге алып келетін сіңіру жолағының пайда болуы
б) сыну индексі мен диэлектрлік өтімділіктің өзгеруі
Покель эффектісі (немесе сызықтық электрооптикалық эффект): электр өрісіне тура пропорционал сыну индексінің өзгеруі. Покель эффектісі тек инверсиялық симметрияның болмауына байланысты кейбір кристаллды қатты денелерде ғана байқалады.
Керр эффектісі (немесе квадратикалық электрооптикалық эффект, QEO эффектісі): электр өрісінің квадратына пропорционал сыну индексінің өзгеруі. Барлық материалдарда Керр эффектісі әртүрлі шамада кездеседі, бірақ ол әдетте Покель эффектісінен әлдеқайда әлсіз.
Электрогирация: оптикалық белсенділіктің өзгеруі. Электрондық сыну эффектісі немесе EIPM.
Electroabsorption: general change of the absorption constants
Franz–Keldysh effect: change in the absorption shown in some bulk semiconductors
Quantum confined Stark effect: change in the absorption in some semiconductor quantum wells
Electrochromic effect: creation of an absorption band at some wavelengths, which gives rise to a change in colour
b) change of the refractive index and permittivity
Pockels effect (or linear electro optic effect): change in the refractive index linearly proportional to the electric field. Only certain crystalline solids show the Pockels effect, as it requires lack of inversion symmetry
Kerr effect (or quadratic electro optic effect, QEO effect): change in the refractive index proportional to the square of the electric field. All materials display the Kerr effect, with varying magnitudes, but it is generally much weaker than the Pockels effect
electro gyration: change in the optical activity. Electron refractive effect or EIPM
2015 жылдың желтоқсанында (b) типіндегі тағы екі электрооптикалық эффект теориялық тұрғыдан болжалды, бірақ олар әлі күнге дейін тәжірибелік тұрғыдан байқалған жоқ. Сіңірудің өзгеруі, Крамерс-Крониг қатынасына сәйкес, сіңіру шегіне жақын толқын ұзындығы үшін сыну индексіне күшті әсер етуі мүмкін. Электрооптикалық эффектінің анықтамасын кеңейтіп, оптикалық жиілікте тербелетін электр өрістерін де қабылдаса, а) санатына сызықтық емес сіңіруді (сіңіру жарық интенсивтігіне байланысты) және б) санатына оптикалық Керр эффектісін (сыну индексі жарық интенсивтігіне байланысты) қосуға болады. Фотоэффект пен фотоөткізгіштікпен біріктірілгенде, электрооптикалық эффект фоторефракциялық эффектке әкеледі. "Электрооптика" термині көбінесе "оптоэлектроника" терминінің дұрыс емес синонимі ретінде қолданылады.
Электрооптикалық модуляторлар
Электрооптикалық модуляторлар көбінесе Покель эффектісін көрсететін электрооптикалық кристалдардан құрастырылады. Жіберілген сәуле кристаллға қолданылатын электр сигналымен фазалық түрлендіріледі. Амплитудалық модуляторларды электрооптикалық кристалды екі сызықты поляризатордың арасына немесе Мах-Цендер интерферометрінің бір тармағына орналастыру арқылы жасауға болады. Бұған қоса, амплитудалық модуляторларды сәулені талшық сияқты кішкентай апертураға бағыттап, одан шығару арқылы да құрастыруға болады. Бұл конструкция кристалл конфигурациясына байланысты төмен шығыстарға (<3 дБ) және поляризацияға тәуелсіз болуы мүмкін.
Электрооптикалық дефлекторлар
Электрооптикалық дефлекторлар электрооптикалық кристалдардан жасалған призмаларды қолданады. Покель эффектісінің арқасында сығылу көрсеткіші өзгереді, соның салдарынан сәуленің призма ішінде таралу бағыты өзгеріп, бұрылады. Электрооптикалық дефлекторлардың ажыратылатын нүктелерінің саны шектеулі, бірақ олар өте жылдам әрекет етеді. Қазіргі таңда коммерциялық үлгілердің саны аз. Бұл бәсекелес акустооптикалық дефлекторлардың болуымен, ажыратылатын нүктелердің аз санымен және электрооптикалық кристалдардың салыстырмалы түрде жоғары құнымен байланысты.
Электро-оптикалық өрістің сенсорлары
Сызықтық емес кристалдардағы электрооптикалық Покельс эффектісін (мысалы, KDP, BSO, K*DP) поляризациялық күйді модуляциялау әдістері арқылы электр өрісін сезінуге болады. Осы жағдайда, белгісіз электр өрісі электрооптикалық кристал арқылы өтетін лазер сәулесінің поляризациясын бұруға әкеледі. Фотодиодқа түсетін жарық интенсивтілігін модуляциялау үшін поляризаторларды қолдану арқылы, алынған кернеу графигінен уақыт бойынша шешілген электр өрісін анықтауға болады. Кристалдық зондтардан алынатын сигналдар оптикалық болғандықтан, олар электр шуына қарсы тұрақты, сондықтан зондтың жанындағы жоғары деңгейдегі электромагниттік шу бар жерлерде де төмен шулы өрісті өлшеуге қолданылуы мүмкін. Сонымен қатар, Покельс эффектісінен туындаған поляризацияның бұрылуы электр өрісімен сызықты түрде өседі, сондықтан электр өрісін қайта құру үшін сандық интеграция қажет емес, абсолютті өріс өлшемдері алынады, бұл электр өрісінің уақыт бойынша туындысына сезімтал конвенциялық зондтар үшін қажет. Күшті электромагниттік импульстердің электрооптикалық өлшеулері, интенсивті лазер-материал өзара әрекеттесуінен туындайтын, наносекундтық және пикосекундтық (петаватттан кем) лазерлік импульстік жүйелерде жүзеге асырылды.