1、铌酸锂晶体的电光效应研究摘要：本文以折射率椭球法深入讨论了铌酸锂晶体线性电光效应的原理及应用。 关键词：折射率椭球 铌酸锂 晶体 电光效应 电光调制 中图分类号： O734+.1 文献标识码： A 文章编号： 1 电光效应的定义 由电场引起的物质光学特性发生改变的现象，叫电光效应。电光效应包括线性电光效应和二次电光效应，本文讨论的是线性电光效应。 2 晶体的折射率椭球 折射率椭球可以很方便地表示出折射率在晶体空间各方向上的取值分布。在主轴坐标系中，无外加电场晶体的折射率椭球为： (1) 外加电场后，由于线性电光效应，折射率椭球发生了变化，它表示为一般折射率椭球的形式为： (2) 因是二阶对称张
2、量，将二重下标简化成单个下标，其对应关系为： 相应的也可简化为有六个分量的矩阵。 3 铌酸锂型晶体的线性电光效应 LiNbO3 晶体为单轴晶体，未加电场时的折射率椭球为： (3) 式中， ；和分别为单轴晶体寻常光和非寻常光的主折射率。 当晶体外加电场时，因 LiNbO3(铌酸锂)属于 3m晶体点群，有： (4) 即得 LiNbO3 型晶体外加电场后的感应折射率椭球方程： (5) 3.1 纵向电光调制-电场平行于轴的应用 当外加电场平行于轴时， ， （5）式变为： (6) 该式中没有交叉项，因此 LiNbO3 型晶体的三个主轴方向不变，仍为单轴晶体，只是主折射率的大小发生了变化，近似为： (7)
3、 和为加电场后寻常光和非寻常光的主折射率，其差为： (8) 等式右边第一项是自然双折射；第二项是外加电场后的感应双折射，对应相位差为： (9) 其中，为光传播方向上的晶体长度；为电场方向上的晶体厚度；为沿方向的外加电压。该式表明，LiNbO3 型晶体轴方向上外加电压的横向运用，有自然双折射的影响。 3.2 横向电光调制-电场在平面内的应用 当电场加在平面内的任意方向上，光沿着方向传播时， ，代入(5)式得： (10) 外加电场后，晶体由单轴晶体变成了双铀晶体，主轴绕 Z 轴旋转一个角度。这里仅讨论电场沿方向时，E20，晶体的主轴 X 轴和 Y 轴绕 Z 轴旋转 45。 (11) 当光沿方向传过距离后，由于线性电光效应引起电光延迟为： (12) 相应的半波电压为 (13) 式中，是光传播方向上晶体的长度；为外加电场方向上晶体的厚度。由此可见，在 LiNbO3 型晶体构平面内外加电场，光沿方向传播时，可以避免自然双折射的影响，同时半波电压较低。因此，一般情况下，若用 LiNbO3 晶体作电光元件，多采用这种工作方式。参考文献： 陈海波. 线性电光效应的理论研究D.中山大学,2004.6 石顺祥,张海兴,刘劲松. 物理光学与应用光学M.西安：西安电子科技大学
