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贡献者：gsfei2009 浏览：6002次 创建时间：2009-06-25
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克尔效应指与电场二次方成正比的电感应双折射现象。放在电场中的物质，由于其分子受到电力的作用而发生取向(偏转)，呈现各向异性，结果产生双折射，即沿两个不同方向物质对光的折射能力有所不同。这一现象是1875年J。克尔发现的。后人称它为克尔电光效应，或简称克尔效应。 指与电场二次方成正比的电感应双折射现象。放在电场中的物质，由于其分子受到电力的作用而发生取向(偏转)，呈现各向异性，结果产生双折射，即沿两个不同方向物质对光的折射能力有所不同。
目录[隐藏] ? 基本概况
? 实验原理
? 三大效应
? 理论介绍
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克尔效应-基本概况
克尔效应
在外电场作用下，液体就成为光学上的单轴晶体，其光轴同电场方向平行。通常的作法是：把液体装在玻璃容器中，外加电场通过平行板电极作用在液体上，光垂直于电场方向通过玻璃容器，以观察克尔效应。这种装置称为克尔盒。这时两个主要折射率n0与ne，分别称为正常与反常折射率。容器中的液体称为正或负双折射物质，取决于ne-n0值的为正或负。
入射光通过克尔盒后，分裂成两个分别以相速с/n0与с/ne传播的线偏振光（с是真空中的光速），其偏振方向（电矢量方向）分别与外加电场垂直或平行。相速之差引起这两个偏振光之间的相位差δ。如果入射光是波长为λ0的单色光，则
式中x是光通过电场作用下媒质的程长，即平行板电极的长度。
克尔由实验发现：ne-n0=Bλ0E-2，这里E是电场强度，B是和材料特性有关的常数，称为克尔常数。克尔常数与绝对温度T成反比。用标准的光学方法，可由实验确定出材料的克尔常数。如果λ0以厘米计，E以静电伏特/厘米计，二硫化碳的克尔常数为3。226×10-7;聚乙醛为－23。00×10-7；硝基苯为+346。0×10-7。
在某些晶体中还观察到和电场一次幂成正比的双折射现象，称为泡克耳斯效应。有时泡克耳斯效应掩盖了克尔效应。但在立方晶系或非晶态材料中则只有克尔效应。
克尔效应的主要应用是光电转换。把克尔盒放在两只相互正交的偏振器之间就成为克尔快门，其开关时间约为10-9s。它已用于激光调制器。
克尔效应-实验原理
克尔效应
各向同性的介质如玻璃，石蜡，水，硝基苯等，在强电场作用下会表现出各向异性的光学性质，表现出双折射现象。折射率差与电场强度的平方成正比，称为克尔效应。克尔盒的结构如图所示，在两平行平板之间加上高电压，在电场作用下，由于分子的规律排列，这些介质就表现出象单轴晶体那样的光学性质，光轴的方向就与电场的方向对应。当线偏振光沿着与电场垂直的方向通过介质时，分解为两束线偏振光。一束的光矢量沿着电场方向，另一束的光矢量与电场垂直。
克尔效应-三大效应
一、克尔电光效应
克尔电光效应，或直流克尔效应，是特殊情况下，电场是一种缓变的外部应用领域，例如，电压在电极材料的影响下的应用领域，材料成为双折射，不同指标的折射光偏振平行或垂直应用领域。在不同的折射率，Δn，是由
其中λ是波长的光，钾是克尔常数，E是振幅电场。这种差异在折射率材料的原因行事像一个波当光被事件它的方向垂直的电场。如果材料是放在两个“跨越”（垂直）线性偏振片，没有灯光将转交时，电场是关闭的，而几乎所有的光将转交的一些最佳值电场。高等教育价值观的克尔常数允许传输来实现以较小的外加电场。
克尔效应
一些极性液体，如硝基甲苯和硝基苯有非常大的克尔常数。玻璃细胞充满了其中的液体被称为科尔细胞。这些都是经常被用来调节光线，因为克尔效应非常迅速地回应变化的电场。光调制可以与这些设备的频率高达10GHz的。由于克尔效应相对薄弱，一个典型的科尔细胞可能需要的电压高达30千伏实现完全的透明度。这是在对比电光细胞，它可以运行在更低电压。另一个不利的科尔细胞是现有的最佳材料，硝基苯是有毒的。一些透明的晶体也被用于调制克尔，但他们有小克尔常数。
二、光学克尔效应
光学克尔效应，或AC克尔效应的情况下，电场是由于光本身。这导致变异的折射率是成正比的地方辐射光。这折射率变化负责的非线性光学效应的自聚焦和自相位调制，是依据克尔透镜锁模。这不仅成为影响非常显着激烈的梁如从激光器。
三，磁光克尔效应
在磁光克尔效应，根据反映的磁材料具有轻微旋转偏振平面。它类似于法拉第效应下飞机的两极分化的透光旋转。
克尔效应-理论介绍
克尔效应
对于非线性材料，电动极化场p只会取决于电场：
其中ε0是真空介电常数和χ（N）的是n阶的组成部分电力易感性的媒介。该“：”符号代表了标产品之间的矩阵。我们可以写这种关系明确的i-次组成的向量P可以表示为：
i=1,2,3。人们常常想当然地磷1=P十，即部分平行为x的极化场;第2=E的y和等等。对于一个线性中期，只有第一次周期内，该方程具有重要意义和不同的线性极化与电场。材料表现出不可忽视的克尔效应，第三，χ（3）长期重要的是，随着偶数阶条件通常辍学由于反演对称性克尔介质。考虑净电场é产生的光波频率ω连同外加电场é0：
其中Eω是矢量振幅波。
结合这两个方程产生一个复杂的P的表达。直流克尔效应，我们可以忽略所有的线性除外条款和那些
这是类似的线性关系，两极化和一个电场的浪潮，另外非线性易感性长期平方成正比的振幅的外部领域。对于非对称的媒体（例如液体），这引起变化的敏感性产生变化折射率的方向电场：
在λ0是真空波长和K是科尔不断的媒介。克尔细胞与外地的横向可作为开关波板，旋转偏振平面波的穿越它。结合偏振片，它可以被用来作为快门或调制器。
K的值取决于中期和约9.4×10-14米V-2的水，4.4×10-12米的V-2硝基苯。对于晶体，易感性的中期将一般是一个量和克尔效应产生的修改本张。
克尔效应-注意事项
克尔效应
内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这种迅速动作的性质可用来制造几乎无惯性的光的开关——光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。
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