原理簡介
液晶的電光效應是指它的干涉、散射、衍射、鏇光、吸收等受電場控制的光學現象。
詳細內容
通常將電場引起的折射率變化用下式表達：n=n0+aE0+bE02+…… 式中a和b為常數，n0為E0=0時的折射率。 由一次項aE0引起折射率變化的效應，稱為一次電光效應，也稱線性電光效應或普克爾效應，是1893年普克爾發現的。由二次項bE02引起折射率變化的效應，稱為二次電光效應或克爾效應，是1875年克爾發現的。由上式可知，一次電光效應只存在於沒有對稱中心的晶體中，而二次電光效應則可存在於所有的電介質中。在沒有對稱中心的二十種晶類中，除了有一次電光效應外，還存在二次電光效應，但是，後者與前者相比十分小，通常不必考慮。理論發展
1875年克爾（Kerr）發現了第一個電光效應。即某些各向同性的透明介質在外電場作用下變為各向異性，表現出雙折射現象，介質具有單軸晶體的特性，並且其光軸在電場的方向上，人們稱這種光電效應為克爾效應。1893年普克爾斯（Pokells）發現，有些晶體，特別是壓電晶體，在加了外電場後，也能改變它們的各向異性性質，人們稱此種電光效應為普克爾斯效應。電光效應在工程技術和科學研究中有許多重要套用，它有很短的回響時間（可以跟上頻率為10Hz的電場變化），因此被廣泛用於高速攝影中的快門，光速測量中的光束斬波器等。由於雷射的出現，電光效應的套用和研究得到了迅速發展，如雷射通信、雷射測量、雷射數據處理等。套用實例
電光效應的運用在生活中也是隨處可見的，特別是在電子攝影，數碼攝影，以及通信領域的運用廣泛。例如：1、套用液晶電光效應設計的兩種特殊的光學器件——液晶光快門和液晶透鏡；
2、高速相位調製器可用於相干光纖通信系統，在密集波分復用光纖系統中用於產生多光頻的梳形發生器，也能用作雷射束的電光移頻器，其中M－Z鈮酸鋰調製器有良好的特性，可用於光纖有線電視（CATV）系統、無線通信系統中基站與中繼站之間的光鏈路和其他的光纖模擬系統。
實驗
介紹
儀器
電光調製實驗裝置、雙蹤示波器和萬用表等。電光調製實驗裝置簡介如下。
電光調製實驗裝置方框圖如圖所示。由晶體電光調製電源、調製器和接收放大器3個主要部分組成。
圖解：1—偏振器；2—鈮酸鋰電光晶體；3—3DU光電三極體；4—放大器；5—直流電源；6—錄音機；7—正弦波振盪器；8—揚聲器；9—雙蹤示波器
（1）晶體電光調製電源。調製電源由－300V～+300V之間連續可調的直流電源、單一頻率振盪器（振盪頻率約為1kHz）、音樂片和放大器組成，電源面板上有三位半數字面板表，可顯示直流偏壓值。晶體上加的直流電壓的極性通過面板上的“極性”鍵可以改變，電壓的大小用“偏壓”鏇鈕調節。調製信號可由機內振盪器或音樂片提供，也可以由外部通過前面板上的“輸入”插孔輸入任意電信號。此調製信號是用裝在面板上的“信號選擇”鍵，選擇3個信號中的任意信號。所有的調製信號的大小通過“幅度”鏇鈕控制。通過前面板上的“輸出”插孔輸出的參考信號，接到雙蹤示波器上與輸出信號比較，觀察調製器的輸出特性。
（2）調製器。調製器由兩個可鏇轉的偏振片和一塊鈮酸鋰晶體組成，採用橫向調製方式。晶體放在兩個正交的偏振片之間，起偏器和晶體的X軸平行。偏振片和晶體之間可插入1/4波片，偏振片和波片均可繞光軸鏇轉。晶體放在四維調節架上，可精細調節，使光束嚴格沿光軸方向通過晶體。
（3）接收放大器。接收放大器由3DU光電三極體和功率放大器組成。光電三極體把被調製的氦氖雷射經光電轉換，輸入到功率放大器上，放大後的信號接到雙蹤示波器，同參考信號（由電源面板上的“輸出”插孔輸出）比較，觀察調製器的輸出特性。交流輸出信號的大小通過“交流輸出”鏇鈕調節。放大器內裝有揚聲器，用來再現調製信號的聲音，放大器面板上還有“直流輸出”插孔，用於測量直流輸出光強，繪出鈮酸鋰電光特性曲線。
原理
1）一次電光效應和晶體的折射率橢球：電光效應是指某些物質在外加電場作用下，其折射率可以發生改變的現象。若這種改變和外加電場成比例，稱為一次電光效應或普克爾斯效應。
一次電光效應，沒有對稱中心的晶體，如水晶、鈦酸鋇等，外加電場與n的關係具有一次電光效應。本是具有圓球的(光各向同性)折射率體，在電場作用下，產生了雙折射，折射率體成為鏇轉橢球體，即成為單軸晶體。同樣，單軸晶體加上電場後，變鏇轉橢球體的光折射率體成為三軸橢球光折射率體。
當光線穿過某些晶體（如方解石、鈮酸鋰、鉭酸鋰等）時，會折射成兩束光。其中一束符合一般折射定律稱之為尋常光（簡稱o光），折射率以no表示；而另一束的折射率隨入射角不同而改變，稱為非常光（簡稱e光），折射率以ne表示。一般講晶體中總有一個或二個方向，當光在晶體中沿此方向傳播時，不發生雙折射現象，把這個方向叫做晶體的光軸方向。只有一個光軸的稱為單軸晶體，有兩個光軸方向的稱為雙軸晶體。由晶體光軸和光線所決定的平面稱為晶體的主截面。實驗發現，o光和e光都是線偏振光，但它們的光矢量（一般指電場矢量E）的振動方向不同，o光的光矢量振動方向垂直於晶體的主截面，e光的光矢量振動方向平行於晶體的主截面。晶體的光軸在入射面內時，o光和e光的主截面重合，電光矢量的振動方向互相垂直。
光在各向異性晶體中傳播時，因光的傳播方向不同或矢量的振動方向不同，光的折射率就不同，通常用折射率橢球來描述折射率與光的傳播方向、振動方向的關係。若把坐標軸x，y，z取在晶體的3個主軸方向上，分別用nx，ny，nz表示晶體3個主軸上的折射率，並以nx，ny，nz成比例的長度分別為3個半軸長做一橢球，這個橢球可表示光在晶體內的傳播情況，稱這個橢球為折射率橢球。
2）鈮酸鋰（LiNbO3）晶體電光效應：
晶體的一次電光效應分為縱向電光效應和橫向電光效應兩種。加在晶體上的電場方向與光在晶體裡傳播方向平行時產生的電光效應稱為縱向電光效應。加在晶體上的電場方向與光在晶體裡傳播方向垂直時產生的電光效應稱為橫向電光效應。本實驗利用鈮酸鋰的橫向電光效應進行光調製。
鈮酸鋰晶體單胞是一個棱面體，它具有一個三次對稱軸，這個對稱軸的方向即晶體光軸方向，是單軸晶體。其折射率橢球是鏇轉橢球。
3）二次電光效應：對於有中心對稱或結構任意混亂的介質，它們不具有一次電光效應，只具有二次光電效應。這是1870年克爾在玻璃上實驗發現的。
操作要求
1）光路調節調節雷射管使雷射束與晶體調節台上表面平行，同時使光束通過各光學元件中心。調節起偏器和檢偏器正交，且分別平行於x、y軸，放上晶體後各器件要細調。精細調節是利用單軸晶體的錐光干涉圖的變化來完成。由於晶體的不均勻性，在檢偏器後面的白屏上可看到一弱光點，然後緊靠晶體前放一毛玻璃片（或鏡頭紙），這時在白屏上可觀察到單軸晶體的錐光干涉圖。如圖52—5所示，一個暗十字圖形貫穿整個圖樣，四周為明暗相間的同心干涉圓環，十字中心同時也是循環的中心，它對應著晶體的光軸方向，十字方向對應於兩個偏振片的偏振軸方向。在觀察過程中反覆微調晶體（必要時也可微調雷射管，但雷射管電極接有幾千伏的直流高壓，操作時要細心），使干涉圖樣中心與光點位置重合，同時儘可能使圖樣對稱、完整，確保光束既與晶體光軸平行，又從晶體中心穿過的要求，再調節使干涉圖樣出現清晰的暗十字，且十字的一條線平行於x軸。這一步調節很重要，調節的好壞，直接影響下一步的測量。
2）觀察晶體的會聚偏振光干涉圖形和電光效應現象
把輸入光強調到最大（這時放大器電源關掉，光電管不能對準He—Ne雷射器的光斑，以免燒壞），屏上可看到干涉圖形。
（1）偏壓為零時呈現單軸晶體的錐光干涉圖。
（2）加上偏壓時呈現雙軸晶體的錐光干涉圖。
（3）兩個偏振光正交和平行時干涉圖形是互補的。
（4）改變偏壓的正負極性時，干涉圖形鏇轉90°。
（5）只改變偏壓的大小時，干涉圖形不鏇轉，只是雙曲線分開的距離發生變化。這一現象說明外加電場只改變感應軸方向的主折射率的大小。折射率橢球鏇轉的角度和電場大小無關。
3）測定鈮酸鋰晶體的透過率曲線（即T～U曲線），求出半波電壓，根據式（52—13）算出電光係數r22，並和理論值比較（理論值r22=3.4×10-12m/V）
（1）用極值法測量鈮酸鋰的半波電壓。晶體上只加直流電壓，不加交流信號，並把直流電壓從小到大逐漸改變時，輸出光強出現極小值和極大值。極小值和極大值對應的直流電壓之差即為半波電壓。
具體做法：取出毛玻璃或白屏，接收器對準輸出光點，加在晶體上的電壓從零開始，每隔20V測一次光強，直流偏壓值在電源面板上的數字表上讀出。放大器直流輸出接到萬用表上，鏇轉起偏器前的減光片使最大輸出不超過200mV。為了曲線畫得更好，在透過率曲線的極小值或極大值附近每隔10V測一次，列表記錄數據，用坐標紙畫T～U關係曲線。
改變偏壓極性，將電源面板上的電源極性撥到反向，此時面板表上的指示出現“－”時，再測量一組數據，曲線上兩個極大值之間對應的電壓為兩倍半波電壓，這樣測量可減小測量誤差。
（2）用調製法測量鈮酸鋰半波電壓。晶體上同時加上直流電壓和交流信號，與直流電壓調到輸出光強出現極小值或極大值對應的電壓值時，輸出的交流信號出現倍頻失真，與出現相鄰倍頻失真對應的直流電壓之差就是半波電壓。
具體做法是：把電源前面板上的調製信號“輸出”接到雙線示波器的y1上，經放大後的調製器的輸出信號接到示波器的y2上，把y1、y2上的信號做比較，可在電源面板上的表頭上讀出，出現倍頻失真時的直流電壓值，從而可求出半波電壓。這種方法比極值法更精確，因為用極值法測半波電壓時，很難準確地確定T～U曲線上的極大或極小值，因而其誤差也較大。
