전기 광학 효과

전기 광학 효과(Electro–optic effect)는 빛의 주파수에 비해 느리게 변하는 전기장에 반응하여 물질의 광학적 특성이 변화하는 현상이다. 이 용어는 다음과 같이 세분화될 수 있는 여러 가지 뚜렷한 현상을 포함한다.

 a) 흡수의 변화
 전기 흡수: 흡수 상수의 일반적인 변화
 프란츠-켈디시 효과: 일부 벌크 반도체에서 나타나는 흡수 변화
 양자 구속 슈타르크 효과: 일부 반도체 양자 우물에서 흡수 변화
 전기변색 효과: 특정 파장에서 흡수 띠의 생성으로 인해 색상 변화를 일으킨다.
 b) 굴절률 및 유전율의 변화
 포켈스 효과 (또는 선형 전기 광학 효과): 전기장에 선형적으로 비례하는 굴절률 변화. 특정 결정질 고체만 포켈스 효과를 나타내는데, 이는 역전 대칭의 결여를 필요로 하기 때문이다.
 커 효과 (또는 2차 전기 광학 효과, QEO 효과): 전기장의 제곱에 비례하는 굴절률 변화. 모든 물질은 다양한 크기로 커 효과를 나타내지만, 일반적으로 포켈스 효과보다 훨씬 약하다.
 전기 선회: 광학 활성의 변화
 전자 굴절 효과 또는 EIPM

2015년 12월, 유형 (b)의 두 가지 추가 전기 광학 효과가 이론적으로 존재한다고 예측되었으나 아직 실험적으로 관찰되지는 않았다.

흡수 변화는 크라머스-크로니히 관계로 인해 흡수 가장자리 근처의 파장에서 굴절률에 강한 영향을 미칠 수 있다.

광학 주파수에서 진동하는 전기장도 허용하는 전기 광학 효과에 대한 덜 엄격한 정의를 사용하면, 비선형 흡수 (흡수가 빛의 강도에 따라 달라짐)를 범주 a)에, 광학 커 효과 (굴절률이 빛의 강도에 따라 달라짐)를 범주 b)에 포함시킬 수 있다. 광전 효과 및 광전도와 결합된 전기 광학 효과는 광굴절 효과를 발생시킨다.

"전기 광학"이라는 용어는 종종 "광전자"의 동의어로 잘못 사용된다.

 응용 분야 
 전기 광학 변조기 

전기 광학 변조기는 일반적으로 포켈스 효과를 나타내는 전기 광학 결정으로 만들어진다. 전송되는 빔은 결정에 가해지는 전기 신호로 위상 변조된다. 진폭 변조기는 두 개의 선형 편광자 사이에 전기 광학 결정을 놓거나 마흐-젠더 간섭계의 한 경로에 놓음으로써 만들 수 있다.
또한, 진폭 변조기는 빔을 섬유와 같은 작은 개구부 안팎으로 편향시켜 구성할 수 있다. 이 설계는 결정 구성에 따라 저손실(<3dB) 및 편광 독립적일 수 있다.

 전기 광학 편향기 
전기 광학 편향기는 전기 광학 결정으로 된 프리즘을 활용한다. 굴절률은 포켈스 효과에 의해 변경되어 프리즘 내부에서 빔의 전파 방향을 변경한다. 전기 광학 편향기는 분해 가능한 스폿 수가 적지만 빠른 응답 시간을 가진다. 현재 상용 모델은 거의 없다. 이는 음향 광학 편향기와의 경쟁, 분해 가능한 스폿 수가 적다는 점, 그리고 전기 광학 결정의 상대적으로 높은 가격 때문이다.

 전기 광학 장 센서 
비선형 결정(예: KDP, BSO, K*DP)에서의 전기 광학 포켈스 효과는 편광 상태 변조 기술을 통해 전기장 감지에 사용될 수 있다. 이 시나리오에서 알 수 없는 전기장은 전기 광학 결정을 통과하는 레이저 빔의 편광 회전을 유발한다. 광다이오드에 입사하는 빛의 강도를 변조하기 위해 편광자를 포함함으로써, 얻어진 전압 트레이스에서 시간 분해된 전기장 측정을 재구성할 수 있다. 결정 탐침에서 얻은 신호는 광학적이므로 본질적으로 전기 노이즈 수집에 강하며, 따라서 탐침 근처에 높은 수준의 전자기 노이즈가 있는 지역에서도 저노이즈 필드 측정에 사용될 수 있다. 또한, 포켈스 효과로 인한 편광 회전이 전기장에 선형적으로 비례하므로, 전기장의 시간 도함수에 민감한 기존 탐침의 경우와 같이 전기장을 재구성하기 위한 수치적 통합이 필요 없이 절대적인 필드 측정이 얻어진다.

강렬한 레이저-물질 상호작용에서 발생하는 강력한 전자기 펄스의 전기 광학 측정은 나노초 및 피코초(서브 페타와트) 레이저 펄스 드라이버 체제 모두에서 시연되었다.

 각주 

 외부 링크 
 AdvR - 전기 광학 장치 및 연구 

분류:비선형 광학