泡克耳斯效應

利用電光效應可以製作電光調製器，電光開關，電光光偏轉器等，可用於光閘，激光器的Q開關和光波調製，並在高速攝影，光速測量，光通信和激光測距等激光技術中獲得了重要應用。當加在晶體上的電場方向與通光方向平行，稱為縱向電光調製（也稱為縱向運用）；當通光方向與所加電場方向相垂直，稱為橫向電光調製（也稱為橫向運用）.利用電光效應可以實現對光波的振幅調製和位相調製。

泡克耳斯效應（Pockels）：平面偏振光沿著處在外電場內的壓電晶體的光軸傳播時發生雙折射現象，且兩個主折射率之差與外電場強度成正比，這種電光效應即為泡克耳斯效應。

1893年由德國物理學家F.C.A.泡克耳斯發現。一些晶體在縱向電場（電場方向與光的傳播方向一致）作用下會改變其各向異性性質，產生附加的雙折射效應。例如把磷酸二氫鉀晶體放置在兩塊平行的導電玻璃之間，導電玻璃板構成能產生電場的電容器，晶體的光軸與電容器極板的法線一致，入射光沿晶體光軸入射。與觀察克爾效應一樣，用正交偏振片系統觀察。不加電場時，入射光在晶體內不發生雙折射，光不能通過P2。加電場后，晶體感生雙折射，就有光通過P2。泡克耳斯效應與所加電場強度的一次方成正比。大多數壓電晶體都能產生泡克耳斯效應。泡克耳斯效應與克爾效應一樣常用於光閘、激光器的Q開關和光波調製等。

一種電光效應。某些晶體在電場作用下會產生一個附加的雙折射，這一雙折射與外加電場強度成正比。1893年德國物理學家F.泡克耳斯首先研究了這種線性電光效應，由此而得名。對於晶體，常用折射率橢球描述其折射率特性。在主軸坐標系中可以寫為。⑴

當有外加電場作用時，晶體的折射率發生改變，因而方程⑴各項的係數也有相應的改變，可以寫為 ⑵

式中分別對應折射率橢球方程中各項係數的改變數；分別表示電場各分量為電光張量，可用一個的矩陣表示，共有18個矩陣元，其中有些可能為零，有些彼此相關。這些關係依賴於晶體的對稱性，只是在無中心對稱的晶體中才產生這種效應（見晶體物理性能的對稱性）。若光沿光軸傳播，無外加電場時，沒有雙折射；若同時有平行於 z軸的電場作用，則有雙折射產生。由式⑵可得 ⑶

式中no為晶體固有的尋常光折射率，ny'與nx'分別表示加電場后在晶體的感生主軸y‵與x‵方向的折射率。為使光波在x‵與y‵兩方向的偏振分量之間的位相差為π，所需加的電壓值稱為半波電壓，記為或，而， ⑷

式中λ為光在真空中的波長。如上所述，光傳播方向與電場方向平行的情況稱為縱向電光效應。泡克耳斯盒就是利用縱向電光效應製成的一種快速電光開關。附圖表示這種電光開關的一例。圓柱形電光晶體KD*P置於兩偏振器P與A之間。圓柱的對稱軸即為晶體的光軸方向。與光軸垂直的兩端面是透明的。抾與·分別表示線偏振光的偏振方向平行於紙面和垂直於紙面。通過環形電極給晶體施加半波電壓。當偏振器P與A的主軸平行時，光路是關閉的，因為在半波電壓作用下，兩偏振分量的位相推遲為π，這相當於偏振面旋轉了90°。透過P與晶體的偏振光正是 A所不允許通過的。如果突然退掉晶體上的電壓，光路立即變為通路。這種電光開關的響應時間小於1納秒。將泡克耳斯盒置於脈衝激光器的諧振腔內，可做為調Q元件。此時由於有全反射鏡，激光兩次通過電光晶體，可以省去一個偏振器。若光在晶體中的傳播方向與電場垂直，則稱為橫向電光效應。在這種情況下，可通過增大縱寬比（通光方向長度/加電壓方向的厚度）來降低有效半波電壓。用於光波振幅調製的電光調製器常採用這種方式。利用泡克耳斯效應也可以做成電光偏轉器，用以改變光束的傳播方向。