電光材料檢視原始碼討論檢視歷史
| 電光材料 |
 |
|
中文名稱；電光材料 外文名稱；electro一optic materials 類別；材料 實用電光材料；氛化磷酸二氫鉀、磷酸二氫胺) |
電光材料(Electro一optic materials)具有電光效應 的光學功能材料。在外加電場作用下，材料的折射率發 生變化的現象稱電光效應。[1]
簡介
利用電光材料的電光效應可 實現對光波的調製。按其效應與調製電場的冪次關係， 分為線性電光材料(Pockels電光材料)、平方電光材料 (Kerr電光材料)和更高次電光材料。 電光效應的應用外加電場通過電光效應改變材料 的折射率，引起折射率橢球的主軸取向和長度的改變， 這對應於傳輸光束的特徵模和特徵值的改變，即產生透 過光束的偏振態和相位的變化，由此可產生一系列光功 能效應。
應用
主要應用於以下5方面。
①電控光開關：將電光晶體置於互成正交的一對偏 振器之間，並使晶體的電感生特徵模方向與偏振器方位 成45度角，則一定幅度(相當於半波電壓磯)的外加電 壓就能使晶體中兩個偏振模程差改變半個波長，從而實 現對透過光的開關控制。這種電光效應可製作超快速電光快門。
②光強度的電調製：在類似上述電光開關的裝置 中，透過光強與外加電壓的關係可用貝塞爾函數展開， 這是一種平方律光強度調製器。如果在外加調製電壓同 時加上半波電壓一半的直流偏壓，或用一個四分之一波 片插入光路以提供預置四分之一程差，那麼在調製電壓 低於0.383磯(風為約化半波電壓)時，可獲得近似線 性的光強調製，由此可製成光強度的線性調製器。
③光偏轉器：利用電光晶體可製成兩類電控光束偏 轉器。上述光開關可使晶體中兩束光波產生零和二兩 種相位差，亦即使透過光相對於入射光產生零度或90 度的偏振方向改變，這樣可用另一塊雙折射晶體實現兩 種「地址」的離散角偏轉。這類偏轉器稱為離散角偏轉或 數字式偏轉。利用」塊這種組件，可實現電控2n個地 址。另一類光束偏轉器利用電光晶體折射率隨電壓而改 變的特性，即將電光晶體製成稜鏡形，則外加電壓就會 連續改變光束的偏轉角，多塊稜鏡的串接可以增加其偏 轉角。這類偏轉器稱為光束連續偏轉器。
④光頻率調製：外加田頻率的電場在光強調製器中 必然產生與叻頻率光波的混頻，從而產生田。+棄麼u的光 波。一般調製電場頻率與光波線寬相比小得多，因而無 實用價值;但對微波電場，則可造成明顯的頻率調製。 這種調製可用外差法或鎖相技術靈敏檢出。
⑤波導效應：將電光材料製成波導，就可以低的調 制或開關電壓來實現波導模的調製、開關和偏轉。由此 可製成小型、緊湊的各種光電子器件。 性能要求在技術應用中，首先考慮電光材料的光 學和電學性能;此外，還要考慮其效應，以及受外界溫 度、應力等干擾時的穩定性。
性能要求
通常對電光材料的性能要 求有以下5個方面。
①品質因子：早期曾用約化半波電壓磯作品質因 子，它表徵的是電光材料的有效電光效應的大小。對高 重複率的開關及寬帶的調製器，技術應用中還要考慮器 件的驅動功率，由此定義一個品質因子F。F與單位寬 帶的驅動功率成反比。都反映出大的有 效電光係數和高的折射率是選擇電光材料的首要考慮 因素。
②高的光學均勻性：材料製備中引入的包裹物、條紋、疇界等， 降低材料的光學均勻性，造成開關關不死、光強的調製 度以及偏轉的分辨率下降。材料的消光比(在兩個偏振 面垂直時的光透過)是衡量器件光學均勻性的一個直接 指標。好的開關器件要求消光比達80 dB以上。
③透明波段：電光材料要求對所用光波透明。寬的 透明波段能展伸材料所應用的波長。為避免雙光子吸 收，要求材料具有低的短波吸收限。吸收常與過渡金屬 元素雜質以及晶體中的散射顆粒有關。過渡金屬雜質在 電光晶體中產生有害的光折變效應，降低電光性能。鈮酸鋰(LN)晶體中鐵雜質是最典型的例子，摻鎂可以降 低光折變效應。雜質和散射顆粒的光吸收是造成器件溫 升的主要原因。
④溫度穩定性：由於電光效應產生的折射率改變一 般很小，因而折射率的溫度變化，特別是雙折射率的溫 度變化會造成器件性能的極大變化。
⑤易於獲得高光學質量大尺寸單晶:電光器件尺寸 往往達厘米量級，因而獲得高光學質量的大尺寸單晶是 對材料的重要要求。
應用
目前實用的電光材料主要是一些高電光品質因子的 晶體材料和晶體薄膜。在可見波段，實用的電光材料有 氛化磷酸二氫鉀(DKDP)、磷酸二氫胺(ADP)、LN 和鈕酸銼(LT)晶體。DKDP和ADP晶體有高的光學 質量和高的光損傷閉值，但是其半波電壓較高，而且要 採用防潮解措施。LN和LT晶體有低的半波電壓，物 化性能穩定，但是光損傷閉值較低，常用於低、中功率 激光器。在紅外波段，實用的電光材料有砷化稼 (GaAs)和啼化錫(CdTe)等半導體晶體。
有機光電材料
有機電光材料具備較大的電光係數、較大的帶寬、較快的響應速度、較低的驅動電壓、低介電常數而且容易進行加工。這些無機/半導體材料無法媲美的優勢使得有機電光材料受到了更多的關注，且後者也被認為是製備高性能電光器件、實現超高帶寬、快速信息處理傳輸的關鍵。
有機電光材料可以看成是具有D一
一A結構的非線性光學發色團定向的分散於聚合物網格中。通過在玻璃化轉變溫度附近施加外加電場實現的發色團分子定向排列在極化電場移除後，傾向於恢復至發色團分子無序排列狀態，直接導致電光性能衰減。有機電光材料的器件化要求材料具有高度的穩定性，以確保器件性能穩定。為積極推動有機材料在實用型器件中的應用，許多研究者將研究工作重心均放在提高材料的穩定性上，提出了許多有效的解決方案。
參考來源