Vật lý - Chương II: Hiệu ứng quang điện trong tinh thể

Chương II: Hiệu ứng quang điện trong tinh thể 2.1. Sự truyền sóng đtừ trong tinh thể • Tinh thể dị hướng: Dk = εklEl ; k,l = x,y,z (2.1.1) • Mật độ năng lượng điện: • e = ½ (E.D) = ½ (Ek εklEl) (2.1.2) • Đ/v tinh thể: εkl = εlk (2.1.3) • Biến đổi hệ trục tọa độ sao cho: 2e = εxE 2 x + εyE 2 y + εzE 2 z (2.1.5) • Các trục tọa độ thỏa mãn (2.1.5) được gọi là các trục chính của tinh thể. • Trong hệ trục chính, tenxơ εkl có dạng: • (2.1.6)                                z y x z y x z y x E E E D D D    00 00 00 • Kết hợp (2.1.5) & (2.1.6): • (2.1.7) • (2.1.7) là Pt ellipsoid • Dùng hệ pt Maxwell và công thức biến đổi => khi as truyền qua môi trường dị hướng: có thể có hai hướng phân cực thẳng lan truyền độc lập. • Vectơ phân cực của hai sóng đó trực giao với nhau z z y y x x e DDD   222 2  • Tóm lại: • Một tinh thể dị hướng chỉ có thể cho truyền qua các sóng phân cực thẳng theo 1 trong 2 hướng vuông góc với nhau (và vuông góc với phương truyền) • Nói chung các sóng này sẽ truyền với vận tốc khác nhau (chiết suất khác nhau). • Hướng truyền của năng lượngkhông vuông góc với mặt sóng. • 2.2. Đặc tuyến quang học: ellipsoid chiết suất • Tương đương pt: • (2.2.1) • Là pt ellipsoid có các trục chính trùng với các trục tọa độ x,y,z. z z y y x x e DDD   222 2  1 2 2 2 2 2 2  zyx n z n y n x • Có 3 trường hợp: • A. nx= ny = nz = n : môi trường đẳng hướng • B. nx≠ ny ≠ nz : Mtrường điện môi 2 trục • C. nx= ny ≠ nz : Mtrường điện môi 1 trục (ellipsoid có 1 trục đối xứng Oz) Áp dụng để tìm hai hướng phân cực và chiết suất tương ứng • 2.3 Sự truyền sóng trong tinh thể đơn trục • Tinh thể đơn trục (lưỡng chiết) • Hệ phương trình: • Dùng để xác định chiết suất của tinh thể đối với hướng truyền tương ứng 1 2 2 2 2 2 2  eoo n z n y n x • Hiệu ứng quang điện (electro-optic) bậc nhất – hiệu ứng Pockels: • Khi có điện trường áp vào tinh thể => sự lan truyền của as sẽ thay đổi • Chiết suất của môi trường phụ thuộc E • Nếu n(E) = n – (½)حn3E => h/ư Pockels • Nếu n(E) = n – (½)حn3E2 => h/ư Kerr • ح: hệ số Pockels (10-12 – 10-10 m/V) • Khi đó hướng phân cực được phép bị quay một góc θ • Dùng phương pháp đổi trục để tìm các trục tọa độ chính mới. • 2.5 Sự trễ quang điện • Trong tinh thể dị hướng có hai mode phân cực vuông góc truyền với vận tốc khác nhau co/n1 và co/n2 . Nếu môi trường là vật liệu Pockels ( tế bào Pockels), thì khi có điện trường áp vào, chiết suất bị thay đổi một lượng: n1(E) = n1 – (½)ح1n1 3E • Và n2(E) = n2 – (½)ح2n2 3E • ح1 ≠ ح2 : sau khi truyền một đoạn L, 2 mode trễ pha • Độ trễ pha: • Trong đó V = EL • Có thể đặt • Trong đó c Vn  30   V V     3 02n V  • 2.6. Sự biến điệu biên độ as • Đặt vào tế bào Pockels một hiệu điện thế V • Trước và sau tế bào có hai tấm phân cực lệch nhau một góc 90o • Khi V = 0 => Г = 0: Ex’ và Ey’ cùng pha => không đổi hướng phân cực, bản cực sau không cho as truyền qua • Khi V = Vπ => Г = 90 o phân cực quay 90o => cho qua hoàn toàn • Khi V có giá trị bất kỳ từ 0 đến 90o bản cực sau cho as đi qua một phần => biến điệu biên độ của as • 2.7. Sự biến điệu pha • Khi chùm as truyền qua tế bào Pockels có chiều dài L, có điện trường áp vào E, pha của chùm sáng ở mặt ra bị lệch so với mặt vào n c L LkEn   0)(