유도광학 효과


포켈스 효과

커 효과와 유사하지만 걸어준 전기장에 비례하는 선형 전기광학 효과로서 포켈스 효과(Pockels effect)가 있다. 포켈스 효과는 대칭성이 특별한 결정에서 나타나는 현상으로 이를 이용해서 셔터나 광변조기를 만들 수 있다. 다음 그림은 결정의 양쪽의 투명한 전극으로 내부에 전기장을 걸어서 셔터나 광변조기로 쓰는 장치이다. 전기장이 걸리는 방향은 결정이 가진 원래의 광축 방향으로 전기장이 걸리지 않으면 편광방향에 변화가 없어서 빛이 통과하지 못한다. 그러나 전기장을 적절히 걸어주면 편광상태에 따라 위상지연이 달리 일어난다. 이를 이용하면 입사 편광판에 수직으로 배치된 편광판을 통과하는 빛의 강약을 걸어주는 전압으로 조절 할 수 있다. 이러한 장치를 포켈스 셀(Pockels cell)이라 하며, 수십 GHz 정도까지의 고속 광변조기를 만들 수 있다.

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포켈스 셀을 이용한 셔터_ 그림의 수직 방향 방향으로 편광된 빛은 포켈스 셀을 거쳐서 수평 방향으로의 편광이 되어 오른쪽의 편광판을 통과할 수 있다. 빛이 진행하는 방향은 결정의 원래 광축 방향으로 전압이 걸리지 않으면 편광에 대한 복굴절 특성이 없어지고 빛이 차단된다. 그러나 전압을 걸면 전기장에 의해 진행방향에 대한 복굴절이 나타난다. 전압을 변화시켜 결정이 반파장판의 역할을 하게 하면 빛이 최대로 통과하여 전압에 의한 고속 셔터로 작동한다.

APD, KDP를 이용하여 레이저 광변조기를 만든다.

포켈스 효과를 이용한 광변조기로 널리 쓰이는 물질로 ADP, KDP, KD*P로 명명된 강유전체 결정이 있다. 보통 약어로 표현하는 이들 중 ADP는 인산이수소암모늄(NH4H2PO4), KDP는 인산이수소칼륨(KH2PO4)이고 KD*P는 인산이중수소칼륨(KD2PO4)이다. KD*P는 KDP의 수소가 중수소로 치환된 것으로 결정을 성장시킬 때 중수를 이용하며 KDP에 비하여 그 효과가 2배 이상 크게 나타나서 널리 쓰인다.

이들 물질의 주축을 $x, y, z$라 하고, 이 중 $z$ 방향으로 빛을 진행시키고 또한 이 방향과 나란하게 전기장을 걸어주면 $x, y$의 주축이 45도 기울어진 $x', y'$로 바뀌고, 두 방향의 편광에 대한 굴절률이 다음과 같이 변한다. \[ \array{ n_{x'} &=& n_o + \frac{n_o^3}{2} r_{63} E_z \\ n_{y'} &=& n_o - \frac{n_o^3}{2} r_{63} E_z } \] 여기서 $r_{63}$은 전기광학 상수(electro-optic constant)의 텐서 성분 중 하나로 앞서 설명한 배치에서 필요한 유일한 한 항이다. 몇몇 결정에 대한 이들 값은 다음 표와 같다.


몇몇 물질의 전기광학 상수

물질

r63 (pm/V)

no

ne

KH2PO4 (KDP)

10.6

1.51

1.47

KH2ASO4 (KDA)

13.0

1.57

-

KD2PO4 (KD*P)

26.4

1.51

1.47

NH4H2PO4 (ADP)

8.5

1.52

1.48

Cadmium telluride (CdTe)

6.8

2.6

-


_ 결정_ 광축_ 반파장판_ 편광방향_ 편광상태_ 중수소_ 복굴절_ 편광판_ 전기장_ 굴절률_ 위상_ 주축



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