【基本】フォトリフラクティブ効果

光強度の空間分布があると、ポッケルス効果(1次の電気光学効果)によって、局所的な媒質の屈折率が変化する現象のことです。これは、光強度の勾配の大きさによって発生する光学特性で、光カー効果(2次の電気光学効果)の高強度の光によって発生する非線形光学特性ではなく、非常に小さな光強度(~mW/cm2)でも発生します。

この効果を発生させる材料としては、半導体のCdTe, GaAs, InP, 強誘電体のLiNbO3, LiTaO3, BaTiO3などがあります。電気光学系数は、BaTiO3が大きく1.64×10-9m/Vあります。材料により電気光学系数が大きくなる波長が異なり、半導体では1µm近傍、強誘電体では633nm近傍となります。

この効果は、媒質中の不純物が重要な役割を果たしています。積極的なドーピングをしなくても、製造工程で、例えば炉から溶出した金属のように、故意ではない不純物も影響を与えます。添加不純物としては、Fe, Co, Rhなどがあり、それぞれのエネルギー順位に依存して応答する波長が異なります。また、ドープ量によっても、その性質はことなります。

例えば、不純物のないBaTiO3結晶では、紫外領域に大きな光の吸収が見られますが、Coをドープすると可視光領域での吸収が大きくなります。まだ、ドープ量を増やすことでより吸収率が高くなることが実験により確かめられています。Coがドープされていない結晶での実験を行う際には波長488nmや514.5nmのArレーザーが使われるそうです。一方で、よりHe-Neレーザー(632.8nm)など長波長のレーザーで実験を行うときには、Coをドープした結晶を用いるそうです。

この現象を応用して、二波を混合して光の増幅が行われます。また、光の伝搬により屈折率が変化するために凸レンズ効果が起き、レーザー光の回折による広がりを打ち消し、一定のビーム径で伝搬する空間ソリトンという現象もみられます。

この効果は、1966年にアシュキンによて、LiNbO3, LiTaO3結晶中で発見されました。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です