定义

电光材料eleetro一optie materials具有电光效应 的光学功能材料。在外加电场作用下，材料的折射率发 生变化的现象称电光效应。

简介

利用电光材料的电光效应可 实现对光波的调制。按其效应与调制电场的幂次关系， 分为线性电光材料(Pockels电光材料)、平方电光材料 (Kerr电光材料)和更高次电光材料。 电光效应的应用外加电场通过电光效应改变材料 的折射率，引起折射率椭球的主轴取向和长度的改变， 这对应于传输光束的特征模和特征值的改变，即产生透 过光束的偏振态和相位的变化，由此可产生一系列光功 能效应。

应用

主要应用于以下5方面。 ①电控光开关:将电光晶体置于互成正交的一对偏 振器之间，并使晶体的电感生特征模方向与偏振器方位 成45度角，则一定幅度(相当于半波电压矶)的外加电 压就能使晶体中两个偏振模程差改变半个波长，从而实 现对透过光的开关控制。这种电光效应的响应可达 10一’。秒，可制作超快速电光快门。 ②光强度的电调制:在类似上述电光开关的装置 中，透过光强与外加电压的关系可用贝塞尔函数展开， 这是一种平方律光强度调制器。如果在外加调制电压同 时加上半波电压一半的直流偏压，或用一个四分之一波 片插入光路以提供预置四分之一程差，那么在调制电压 低于0.383矶(风为约化半波电压)时，可获得近似线 性的光强调制，由此可制成光强度的线性调制器。 ③光偏转器:利用电光晶体可制成两类电控光束偏 转器。上述光开关可使晶体中两束光波产生零和二两 种相位差，亦即使透过光相对于入射光产生零度或90 度的偏振方向改变，这样可用另一块双折射晶体实现两 种“地址”的离散角偏转。这类偏转器称为离散角偏转或 数字式偏转。利用”块这种组件，可实现电控2n个地 址。另一类光束偏转器利用电光晶体折射率随电压而改 变的特性，即将电光晶体制成棱镜形，则外加电压就会 连续改变光束的偏转角，多块棱镜的串接可以增加其偏 转角。这类偏转器称为光束连续偏转器。 ④光频率调制:外加田频率的电场在光强调制器中 必然产生与叻频率光波的混频，从而产生田。+弃么u的光 波。一般调制电场频率与光波线宽相比小得多，因而无 实用价值;但对微波电场，则可造成明显的频率调制。 这种调制可用外差法或锁相技术灵敏检出。 ⑤波导效应:将电光材料制成波导，就可以低的调 制或开关电压来实现波导模的调制、开关和偏转。由此 可制成小型、紧凑的各种光电子器件。 性能要求在技术应用中，首先考虑电光材料的光 学和电学性能;此外，还要考虑其效应，以及受外界温 度、应力等干扰时的稳定性。

性能要求

通常对电光材料的性能要 求有以下5个方面。 ①品质因子:早期曾用约化半波电压矶作品质因 子，它表征的是电光材料的有效电光效应的大小。对高 重复率的开关及宽带的调制器，技术应用中还要考虑器 件的驱动功率，由此定义一个品质因子F。F与单位宽 带的驱动功率成反比。无论是矶或F都反映出大的有 效电光系数和高的折射率是选择电光材料的首要考虑 因素。 ②高的光学均匀性:各种电光器件都基于晶体中特 征模间的偏光干涉，因而要求材料的光学均匀性小于 10~scm一，。材料制备中引入的包裹物、条纹、畴界等， 降低材料的光学均匀性，造成开关关不死、光强的调制 度以及偏转的分辨率下降。材料的消光比(在两个偏振 面垂直时的光透过)是衡量器件光学均匀性的一个直接 指标。好的开关器件要求消光比达80 dB以上。 ③透明波段:电光材料要求对所用光波透明。宽的 透明波段能展伸材料所应用的波长。为避免双光子吸 收，要求材料具有低的短波吸收限。吸收常与过渡金属 元素杂质以及晶体中的散射颗粒有关。过渡金属杂质在 电光晶体中产生有害的光折变效应，降低电光性能。锐 酸铿(LN)晶体中铁杂质是最典型的例子，掺镁可以降 低光折变效应。杂质和散射颗粒的光吸收是造成器件温 升的主要原因。 ④温度稳定性:由于电光效应产生的折射率改变一 般很小，因而折射率的温度变化，特别是双折射率的温 度变化会造成器件性能的极大变化。 ⑤易于获得高光学质量大尺寸单晶:电光器件尺寸 往往达厘米量级，因而获得高光学质量的大尺寸单晶是 对材料的重要要求。

应用

目前实用的电光材料主要是一些高电光品质因子的 晶体材料和晶体薄膜。在可见波段，实用的电光材料有 氛化磷酸二氢钾(DKDP)、磷酸二氢胺(ADP)、LN 和钮酸锉(LT)晶体。DKDP和ADP晶体有高的光学 质量和高的光损伤闭值，但是其半波电压较高，而且要 采用防潮解措施。LN和LT晶体有低的半波电压，物 化性能稳定，但是光损伤闭值较低，常用于低、中功率 激光器。在红外波段，实用的电光材料有砷化稼 (GaAs)和啼化锡(CdTe)等半导体晶体。