电光效应(光电效应)

电-光效应的效应定义

电光效应是指在电场的作用下，晶体的介电常数，即其折射率发生改变的效应。

假设极化强度P与所加电场有线性关系，但这是一级近似。事实上电场与材料的介电常量，对于光频场，也就是材料折射率n，有此关系：n=n0+aE0+bE02+···。式中：n0是没有加电场E0时介质的折射率；a、b是常数。这种由于外加电场所引起的材料折射率的变化效应，称为电光效应（electro-optical effect）。等式右边第二项aE0与n为线性关系，称为线性电光效应或称普克尔斯（Pockels）效应；第三项为二次电光效应，也称克尔（Kerr）电光效应。

一次电光效应：没有对称中心的晶体，如水晶、钛酸钡等，外加电场与n的关系具有一次电光效应。该是具有圆球的（光各向同性）折射率体。对于电光陶瓷，由于电场诱发的双折射的折射率差为：△n=n3rcE。式中rc为电光陶瓷的电光系数；n为折射率；E为所加电场。

二次电光效应：对于光各向同性的材料，在加上外加电场后，由于二次电光效应诱发的双折射的折射率差为：△n=ne-n0=ΚλE2。式中k为电光克尔常数；λ为人射光真空波长；E为外加电场强度。具有显著克尔效应的透明介质一般为液体，如硝基苯（C6H5NO2）、硝基甲苯（C7H7NO2）等。这些各向同性的液体的分子却是各向异性的，在足够强的电场作用下，分子作有序排列，致使整体呈现各向异性，光轴与电场方向一致。

介质因电场作用引起变化的现象称为电光效应。折射率和电场的关系可表示为：n=n0+ aE + bE2+……式中n0是 E=0 时折射率，a 和 b 是常数，其中电场一次项引起的变化称为线性电光效应，由 Pokels 于 1893 年发现，故也称为 Pokels 效应，一般发生于无对称中心晶体中。

电光效应(光电效应)

电-光效应的效应特点

某些晶体，特别是压电晶体，在外加电场的作用下，改变了原先各向异性的性质（如沿原先光轴的方向产生了附加的双折射效应），这种电光效应称为普克耳斯效应。普克尔斯效应与克尔效应相比，有以下特点：

a）具有泡克耳斯效应的透明介质一般为晶体；

b）普克尔斯效应是线性电光效应，由附加双折射效应所引起的o光和e光的相位差与外加电场强度（或电压）的一次方成正比，而在克尔效应中，o、e两光的相位差与外加电压的平方成正比，所以用普克尔斯盒代替克尔盒，更适合于制作光调制器等器件；

c）因为普克尔斯盒所需施加的电压比克尔盒低得多，前者只有后者的1/5～1/10，甚至更低，所以使用上十分方便。

举例说明，磷酸二氢钾（KH2PO4，简称为KDP）晶体原为单轴晶体，在电场作用下变为双轴晶体，于是就沿原来光轴的方向产生了附加的双折射效应。普克耳斯效应是线性电光效应，这就是说附加双折射效应所引起的相位差与外加电场的一次方成正比。在相同条件下，普克尔斯盒所需要施加的电压是克尔盒的1/5～1/10，所以近几年来克尔盒逐渐被普克尔斯盒代替。磷酸二氘钾（KD2PO4，简称为KD*P）晶体的性能比KDP又有很大提高，用于泡克耳斯盒可以进一步降低电压。

光电效应和电光效应的区别?

光电效应

1)概述

在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。

(2)说明

①光电效应的实验规律。

a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。

b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。

几种金属材料的红限波长

金属铯钠锌银铂

红限波长(埃) 6520 5400 3720 2600 1960

d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lO-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。

②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。

爱因斯坦方程是

hυ=(1/2)mv2+I+W

式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。

金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为

hυ=(1/2)mv2+W

假如hυW,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率(极限频率) υ0。由

hυ0=W确定。相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。

发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。

③利用光电效应可制造光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。

电光效应

electro-optical effect

某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。

克尔效应 1875年英国物理学家J.克尔发现，玻璃板在强电场作用下具有双折射性质，称克尔效应。后来发现多种液体和气体都能产生克尔效应。观察克尔效应的实验装置如图所示。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。