应用：磁光调制器
场，介质呈现单轴晶体特性，光轴方向沿外电场作用方向。 双折射率差： (6.5-3)
n⊥ ，n// ：介质对振动方向平行和垂直于作用电场方向的线偏振光 的折射率，分别相当于单轴晶体中的no和ne；l0：真空中波长；Kr： 克尔系数；E：作用外电场强度。 常用克尔介质：苯、二硫化碳、三氯甲烷、水、硝基甲苯、硝基苯等。 应用：高速光开关、调制器。
光的双折射与光调制
场致双折射现象及其应用
光的双折射与光调制
主要内容
1. 应力双折射——光弹性效应 2. 电光效应
3. 磁光克尔效应
光的双折射与光调制
场致双折射：在机械（热）应力、电场、磁场等外场作用下，某些光学
介质将从各向同性变为各向异性，或其固有的各向异性将 发生改变。
场致双折射的特点：外场撤除后，双折射效应随之消失。
n
1.503 1.496 1.633 1.619 1.460 1.456 1.33
Kr /(10-15m· -2) V
4.9 4.14 38.8 31.8 0.86 0.74 51 1370 2440
6 光的双折射与光调制
场致双折射现象及其应用
(2) 泡克耳斯效应——线性电光效应
电光效应
定义：某些各向异性介质（如单轴晶体）由于外场作用而引起的双折射率 变化现象 特点：发生于无对称中心的晶体中，与克尔效应类似，响应时间极快，且 可随外场的消失而消失。 感应双折射率差：正比于外电场的一次方——线性电光效应。
光的双折射与光调制
1.应力双折射——光弹性效应
光弹性效应：各向同性介质由于外界机械应力的作用而引起的类似于单轴 晶体的光学各向异性现象。 光轴方向：外力作用方向 具有显著光弹性光学效应的材料：玻璃、塑料、环氧树脂、有机玻璃等。 应力光学定律： P：作用应力（压应力为正，no-ne>0；拉应力为负，no-ne<0） K：（>0）为应力光学常数 说明：光弹性效应给光学材料的加工带来很多不便。因为加工过程可能会 给材料内部留下残余的机械应力。另外，在熔炼过程中，如果没有
常用材料：KDP、ADP、LiNbO3、BaTiO3等。
应用：高速光开关、光调制器。
光的双折射与光调制
3. 磁光克尔效应
场致双折射现象及其应用
定义：各向同性介质在强磁场作用下出现的各向异性现象 特点：作用磁场的方向垂直于介质中光束的传播方向时，出现最大双折射 率差 双折射率差：
l0：真空中波长，C：磁光系数，H：磁场强度
光的双折射与光调制
场致双折射现象及其应用
P1 电极 e P2
电光效应
o
l 起偏器 克尔盒 检偏器
基于克尔效应的光开关/光调制器
表6.5-1 几种材料的克尔系数
材料
苯C6H6 二硫化碳CS2 四氯化碳CCl4 水H2O 硝基甲苯C7H7NO2 硝基苯C6H6NO2
l0/nm
546.1 632.8 546.1 632.8 546.1 632.8 589.3 589.3 589.3
很好地使材料退火，也会在材料内部留下残余的热应力。
光的双折射与光调制
场致双折射现象及其应用
光弹性效应的应用：应力分析——光弹性力学 在侧向应力作用下，厚度均匀的平板可使透过的o光和e光产生相位差：
特点：当透明材料内部各处受力不均匀时，自各处透过的o光和e光的相位差 不同。利用偏振光干涉原理，可获得与材料体内应力分布对应的干涉
光的双折射与光调制
场致双折射现象及其应用
巴黎圣母院飞拱结构的（受力）塑料模型——偏振光干涉图样
光的双折射与光调制
2 .电光效应
(1) 克尔效应——二次电光效应（非线性电光效应）
定义：某些各向同性介质因外电场的作s量级），且随外场的消失而消失。对于单向电
图样。应力大（小）的区域干涉条纹密集（稀疏）。通过分析干涉图
样，可确定出材料内部各处受外力或内应力作用的大小和方向。
P1 P2
起偏器
受力透明介质板
检偏器
观察平面
光弹性实验光路
光的双折射与光调制
场致双折射现象及其应用
受压环形树脂板
受压圆盘的暗场图样 图6.5-1 受力结构模型引起的偏光干涉图样
受压圆盘的亮场图样