泡克耳斯效应

利用电光效应可以制作电光调制器，电光开关，电光光偏转器等，可用于光闸，激光器的Q开关和光波调制，并在高速摄影，光速测量，光通信和激光测距等激光技术中获得了重要应用.当加在晶体上的电场方向与通光方向平行，称为纵向电光调制（也称为纵向运用）；当通光方向与所加电场方向相垂直，称为横向电光调制（也称为横向运用）.利用电光效应可以实现对光波的振幅调制和位相调制。

泡克耳斯效应（Pockels）：平面偏振光沿着处在外电场内的压电晶体的光轴传播时发生 双折射现象，且两个主折射率之差与外 电场强度成正比，这种电光效应即为泡克耳斯效应。

1893年由德国物理学家F.C.A.泡克耳斯发现。一些晶体在纵向电场（电场方向与光的传播方向一致）作用下会改变其各向异性性质，产生附加的双折射效应。例如把磷酸二氢钾晶体放置在两块平行的导电玻璃之间，导电玻璃板构成能产生电场的电容器，晶体的光轴与电容器极板的法线一致，入射光沿晶体光轴入射。与观察克尔效应一样，用正交偏振片系统观察。不加电场时，入射光在晶体内不发生双折射，光不能通过P2。加电场后，晶体感生双折射，就有光通过P2。泡克耳斯效应与所加电场强度的一次方成正比。大多数压电晶体都能产生泡克耳斯效应。泡克耳斯效应与克尔效应一样常用于光闸、激光器的Q开关和光波调制等。

一种电光效应。某些晶体在电场作用下会产生一个附加的双折射，这一双折射与外加电场强度成正比。1893年德国物理学家F.泡克耳斯首先研究了这种线性电光效应，由此而得名。 对于晶体，常用折射率椭球描述其折射率特性。在主轴坐标系中可以写为。⑴

当有外加电场作用时，晶体的折射率发生改变，因而方程⑴各项的系数也有相应的改变，可以写为 ⑵

式中分别对应折射率椭球方程中x2,y2,z2,yz,xz,xy各项系数的改变量；Ej(j=1，2，3）分别表示电场各分量Ex,Ey,Ez；γj为电光张量，可用一个3×6的矩阵表示，共有18个矩阵元，其中有些可能为零，有些彼此相关。这些关系依赖于晶体的对称性，只是在无中心对称的晶体中才产生这种效应（见晶体物理性能的对称性）。若光沿光轴传播，无外加电场时，没有双折射；若同时有平行于 z轴的电场作用，则有双折射产生。由式⑵可得 ⑶

式中no为晶体固有的寻常光折射率，ny'与nx'分别表示加电场后在晶体的感生主轴y‵与x‵方向的折射率。为使光波在x‵与y‵两方向的偏振分量之间的位相差为π，所需加的电压值称为半波电压，记为Vλ/2或Vπ，而 ， ⑷

式中λ为光在真空中的波长。　如上所述，光传播方向与电场方向平行的情况称为纵向电光效应。泡克耳斯盒就是利用纵向电光效应制成的一种快速电光开关。附图表示这种电光开关的一例。圆柱形电光晶体KD*P置于两偏振器P与A之间。圆柱的对称轴即为晶体的光轴方向。与光轴垂直的两端面是透明的。抾与·分别表示线偏振光的偏振方向平行于纸面和垂直于纸面。通过环形电极给晶体施加半波电压Vπ。当偏振器P与A的主轴平行时，光路是关闭的，因为在半波电压作用下，两偏振分量的位相推迟为π，这相当于偏振面旋转了90°。透过P与晶体的偏振光正是 A所不允许通过的。如果突然退掉晶体上的电压，光路立即变为通路。这种电光开关的响应时间小于1纳秒。将泡克耳斯盒置于脉冲激光器的谐振腔内，可做为调Q元件。此时由于有全反射镜，激光两次通过 电光晶体，可以省去一个偏振器。若光在晶体中的传播方向与电场垂直，则称为横向电光效应。在这种情况下，可通过增大纵宽比（通光方向长度/加电压方向的厚度）来降低有效半波电压。用于光波振幅调制的电光调制器常采用这种方式。利用泡克耳斯效应也可以做成电光偏转器，用以改变光束的传播方向。