电光材料

电光材料(Electro一optic 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。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：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。铌酸锂(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。

有机光电材料

有机电光材料具备较大的电光系数、较大的带宽、较快的响应速度、较低的驱动电压、低介电常数而且容易进行加工。这些无机/半导体材料无法媲美的优势使得有机电光材料受到了更多的关注，且后者也被认为是制备高性能电光器件、实现超高带宽、快速信息处理传输的关键。

有机电光材料可以看成是具有D一一A结构的非线性光学发色团定向的分散于聚合物网格中。通过在玻璃化转变温度附近施加外加电场实现的发色团分子定向排列在极化电场移除后，倾向于恢复至发色团分子无序排列状态，直接导致电光性能衰减。有机电光材料的器件化要求材料具有高度的稳定性，以确保器件性能稳定。为积极推动有机材料在实用型器件中的应用，许多研究者将研究工作重心均放在提高材料的稳定性上，提出了许多有效的解决方案。

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