标题：克尔效应
简介
在外电场作用下，液体就成为光学上的单轴晶体，其光轴同电场方向平行。通常的作法是：把液体装在玻璃容器中，外加电场通过平行板电极作用在液体上，光垂直于电场方向通过玻璃容器，以观察克尔效应。这种装置称为克尔盒。这时两个主要折射率n0与ne，分别称为正常与反常折射率。容器中的液体称为正或负双折射物质，取决于ne-n0值的为正或负。
入射光通过克尔盒后，分裂成两个分别以相速с/n0与с/ne传播的线偏振光（с是真空中的光速），其偏振方向（电矢量方向）分别与外加电场垂直或平行。相速之差引起这两个偏振光之间的相位差δ。如果入射光是波长为λ0的单色光，则  克尔效应式中x是光通过电场作用下媒质的程长，即平行板电极的长度。
实验原理
各向同性介质比如玻璃，石蜡，水，硝基苯等，在强电场作用中会表现出各向异性的光学性质，表现出了双折射现象。折射率差和电场强度的平方成正比，称之为克尔效应。克尔盒结构如图所示，在两平行平板间加高电压，在电场作用下，因为分子的规律排列，这一些介质就表现出象单轴晶体那样的光学性质，光轴方向就与电场的方向对应。当线偏振光沿着与电场垂直方向通过介质时，分解成两束线偏振光。一束光矢量沿着电场方向，另一束的光矢量与电场垂直。
三大效应
克尔电光效应克尔电光效应，或直流克尔效应，是特殊情况下，电场是一种缓变的外部应用领域，例如，电压在电极材料的影响下的应用领域，材料成为双折射，不同指标的折射光偏振平行或垂直应用领域。在不同的折射率，Δn，是由
  克尔效应其中λ是光的波长，钾K是克尔常数，E是振幅电场。这种差异在折射率材料的原因行事像一个波当光被事件它的方向垂直的电场。如果材料是放在两个“跨越”（垂直）线性偏振片，没有灯光将转交时，电场是关闭的，而几乎所有的光将转交的一些最佳值电场。高等教育价值观的克尔常数允许传输来实现以较小的外加电场。
  克尔效应一些极性液体，如硝基甲苯和硝基苯有非常大的克尔常数。玻璃细胞充满了其中的液体被称为科尔细胞。这些都是经常被用来调节光线，因为克尔效应非常迅速地回应变化的电场。光调制可以与这些设备的频率高达10GHz的。由于克尔效应相对薄弱，一个典型的科尔细胞可能需要的电压高达30千伏实现完全的透明度。这是在对比电光细胞，它可以运行在更低电压。另一个不利的科尔细胞是现有的最佳材料，硝基苯是有毒的。一些透明的晶体也被用于调制克尔，但他们有小克尔常数。光学克尔效应光学克尔效应，或AC克尔效应是指其电场由光本身所产生的情况。这导致变异的折射率与辐射光本身的辐照度成正比。这种折射率的变化导致了的非线性光学效应的自聚焦、自相位调制以及调制不稳定性，并且是克尔透镜锁模的基础。此效应仅在非常强烈的光束下才能较明显的表现出来，比如激光。磁光克尔效应在磁光克尔效应，根据反映的磁材料具有轻微旋转偏振平面。它类似于法拉第效应下的两极分化的透光旋转。
理论介绍
克尔效应对于非线性材料，电动极化场p只会取决于电场：  克尔效应  克尔效应其中ε0是真空介电常数和χ（N）的是n阶的组成部分电力易感性的媒介。该“：”符号代表了标产品之间的矩阵。我们可以写这种关系明确的i-次组成的向量P可以表示为：  克尔效应i=1,2,3。人们常常想当然地磷1=P十，即部分平行为x的极化场;第2=E的y和等等。对于一个线性中期，只有第一次周期内，该方程具有重要意义和不同的线性极化与电场。材料表现出不可忽视的克尔效应，第三，χ（3）长期重要的是，随着偶数阶条件通常辍学由于反演对称性克尔介质。考虑净电场é产生的光波频率ω连同外加电场é0：
  克尔效应其中Eω是矢量振幅波。
结合这两个方程产生一个复杂的P的表达。直流克尔效应，我们可以忽略所有的线性除外条款，这是类似的线性关系，两极化和一个电场的浪潮，另外非线性易感性长期平方成正比的振幅的外部领域。对于非对称的媒体（例如液体），这引起变化的敏感性产生变化折射率的方向电场：  克尔效应  克尔效应
在λ0是真空波长和K是科尔不断的媒介。克尔细胞与外地的横向可作为开关波板，旋转偏振平面波的穿越它。结合偏振片，它可以被用来作为快门或调制器。
K的值取决于中期和约9.4×10-14米V-2的水，4.4×10-12米的V-2硝基苯。对于晶体，易感性的中期将一般是一个量和克尔效应产生的。
注意事项
内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这一种迅速动作性质可用来制造几乎无惯性的光的开关:光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。
克尔效应实验
[实验目的]　演示电致双折射。
[实验原理]
各向同性的介质如玻璃，石蜡，水，硝基苯等，在强电场作用下会表现出各向异性的光学性质，表现出双折射现象。折射率差与电场强度的平方成正比，称为克尔效应。克尔盒的结构如图所示，在两平行平板之间加上高电压，在电场作用下，由于分子的规律排列，这些介质就表现出象单轴晶体那样的光学性质，光轴的方向就与电场的方向对应。当线偏振光沿着与电场垂直的方向通过介质时，分解为两束线偏振光。一束的光矢量沿着电场方向，另一束的光矢量与电场垂直。
[实验装置]
如图所示。
[演示方法]
1.如图在P1和P2之间放入克尔盒，转动P1或者P2至消光位置；
2.接通克尔盒的偏转电源，即可观察到屏幕上有光亮。改变两极板之间的电压，可以观察到屏幕上的光强会随之变化；
3.保持两极板之间的电压不变，旋转P1或者P2，同样可以观察到屏幕上光强变化。
[注意事项]
小心操作，防止电击！
内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明 ，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这种迅速动作的性质可用来制造几乎无惯性的光的开关——光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。
相关实验
1845年，Michael Faraday首先发现了磁光效应，他发现当外加磁场加在玻璃样品上时，透射光的偏振面将发生旋转，随后他加磁场于金属表面上做光反射的实验，但由于金属表面并不够平整，因而实验结果不能使人信服。1877年John Kerr在观察偏振光从抛光过的电磁铁磁极反射出来时，发现了磁光克尔效应(magneto-optic Kerr effect)。1985年Moog和Bader两位学者进行铁磁超薄膜的磁光克尔效应测量，成功地得到一原子层厚度磁性物质的磁滞回线，并且提出了以SMOKE来作为表面磁光克尔效应 (surface magneto-optic Kerr effect)的缩写，用以表示应用磁光克尔效应在表面磁学上的研究。由于此方法的磁性测量灵敏度可以达到一个原子层厚度，并且仪器可以配置于超高真空系统上面工作，所以成为表面磁学的重要研究方法。
表面磁性以及由数个原子层所构成的超薄膜和多层膜磁性，是当今凝聚态物理领域中的一个极其重要的研究热点。而表面磁光克尔效应（SMOKE）谱作为一种非常重要的超薄膜磁性原位测量的实验手段，正受到越来越多的重视。并且已经被广泛用于磁有序、磁各向异性以及层间耦合等问题的研究。和其他的磁性测量手段相比较，SMOKE具有以下四个优点：
1．SMOKE的测量灵敏度极高。国际上通用的SMOKE测量装置其探测灵敏度可以达到亚单原子层的磁性。这一点使得SMOKE在磁性超薄膜的研究中有着重要的地位。
2．SMOKE测量是一种无损伤测量。由于探测用的“探针”是激光束，因此不会对样品造成任何破坏，对于需要做多种测量的实验样品来说，这一点非常有利。
3．SMOKE测量到的信息来源于介质上的光斑照射的区域。由于激光光束的束斑可用聚焦到1mm以下，这意味着SMOKE可以进行局域磁性的测量。这一点是其他磁性测量手段诸如振动样品磁强计和铁磁共振所无法比拟的。在磁性超薄膜的研究中，样品的制备是一个周期较长而代价昂贵的过程。有人已经实现在同一块样品上按生长时间不同而制备出厚度不等的锲形磁性薄膜。这样从一块样品上就能够得到磁学性质随薄膜厚度变化的信息，可以大大提高实验效率。无疑，SMOKE的这种局域测量的特点使它成为研究这类不均匀样品的最好工具。
4．相对于其他的磁性测量手段，SMOKE系统的结构比较简单，易于和别的实验设备（特别是超高真空系统）相互兼容。这一点有助于提高它的功能并扩展其研究领域。我们试制的表面磁光克尔效应实验系统可以和超高真空系统相连，所以既可以完成磁性薄膜在大气中的SMOKE测量，也可以完成在超高真空中的SMOKE测量实验。
由于SMOKE能够达到单原子层磁性检测的灵敏度，即相当于能够测量到小于千分之一度的克尔旋转角。因此，对于光源和检测手段提出了很高的要求。国际上比较常见的是用功率输出很稳定的偏振激光器。Bader等人采用的高稳定度偏振激光器，其稳定度小于0.1%。也有用Wollaston棱镜分光的方法，降低对激光功率稳定度的要求。Chappert等人的方案是将从样品出射的光经过Wollaston棱镜分为s和p偏振光，再通过测量它们的比值来消除光强不稳定所造成的影响。但是这种方法的背景信号非常大，对探测器以及后级放大器的要求很高。[1]