Language
Country/Area
No result found
Eine Symphonie aus Licht und Elektrizität: Wie verändert der Kell-Effekt unsere visuelle Welt?
Der Kell-Effekt, auch sekundärer elektrooptischer Effekt genannt, bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem sich der Brechungsindex eines Materials ändert, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Im Gegensatz zum Pockels-Effekt ist die Änderung des Brechungsindex beim Kell-Effekt proportional zum Quadrat des elektrischen Feldes. Obwohl alle Materialien den Kell-Effekt erfahren, zeigen einige Flüssigkeiten eine stärkere Reaktion. Dieses Phänomen wurde erstmals 1875 vom schottischen Physiker John Kell entdeckt. Beim Kell-Effekt werden üblicherweise zwei Sonderfälle berücksichtigt: der elektrooptische Kell-Effekt (DC-Kell-Effekt) und der optische Kell-Effekt (AC-Kell-Effekt).
Kyle-Blitzeffekt
Der elektrooptische Kyle-Effekt, auch als DC-Kyle-Effekt bekannt, bedeutet, dass das Material bei Anlegen eines sich langsam ändernden externen elektrischen Feldes doppelbrechend wird und unterschiedliche Brechungsindizes für Licht parallel und senkrecht zur Richtung des Lichts aufweist elektrisches Feld.
Dieser Unterschied im Brechungsindex ermöglicht es dem Material, wie eine Wellenplatte zu funktionieren und Licht zu modulieren, wenn Licht senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes einfällt.
Wenn das Material zwischen zwei gekreuzten linearen Polarisatoren platziert wird, dringt kein Licht durch, wenn das elektrische Feld ausgeschaltet ist, wohingegen bei einem optimalen Wert des elektrischen Feldes fast das gesamte Licht durchgelassen wird. Ein höherer Wert der Kell-Konstante bedeutet, dass vollständige Transparenz mit einem kleineren angelegten elektrischen Feld erreicht werden kann. Einige polare Flüssigkeiten wie Nitrotoluol und Nitrobenzol weisen sehr große Kell-Konstanten auf, wodurch sich mit diesen Flüssigkeiten gefüllte Kell-Zellen sehr gut für die Lichtmodulation eignen, da sie sehr schnell auf Änderungen im elektrischen Feld reagieren und Licht bei Frequenzen von bis zu 10 modulieren können GHz.
Optischer Kell-Effekt
Der optische Kell-Effekt, auch AC-Kell-Effekt genannt, ist eine durch das Licht selbst verursachte Änderung des elektrischen Feldes, die zu einer Änderung des Brechungsindex führt und proportional zur lokalen Beleuchtungsintensität des Lichts ist.
Diese Änderung des Brechungsindex ist für die nichtlinearen optischen Effekte der Selbstfokussierung, der Selbstphasenmodulation und der Modulationsinstabilität verantwortlich und bildet die Grundlage für die Modellverriegelung der Kell-Linse.
Der optische Kell-Effekt ist nur bei sehr intensiven Strahlen wie Laserstrahlen von Bedeutung. Es wurde auch beobachtet, dass dieser Effekt die Modenkopplung in Multimode-Lichtwellenleitern dynamisch verändert, und diese Technik zeigt potenzielle Anwendungen in rein optischen Schaltmechanismen, nanophotonischen Systemen und niedrigdimensionalen Lichtsensorgeräten.
Magnetooptischer Kell-Effekt
Der magnetooptische Kell-Effekt (MOKE) bedeutet, dass von einem magnetisierten Material reflektiertes Licht eine leicht gedrehte Polarisationsebene aufweist. Dies ähnelt dem Faraday-Effekt, zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass sich die Polarisationsebene des Lichts während der Übertragung dreht.
Theoretische Grundlage
DC-Kyle-Effekt
In nichtlinearen Materialien hängt die elektrische Polarisation von Änderungen im elektrischen Feld ab. Diese Abhängigkeit kann durch eine Reihe elektrischer Feldkomponenten ausgedrückt werden.
Für Materialien mit einem signifikanten Kell-Effekt ist die nichtlineare elektrische Empfindlichkeitskomponente dritter Ordnung sehr wichtig, da der Beitrag von Termen gerader Ordnung normalerweise durch die Inversionssymmetrie des Materials aufgehoben wird.
Dieses theoretische Wissen bildet eine solide Grundlage für das Verständnis und die Anwendung des Kell-Effekts und wird häufig bei der Entwicklung verschiedener optischer Geräte verwendet.
AC Kyle-Effekt
Beim optischen Kell-Effekt kann der intensive Lichtstrahl selbst das für die Modulation erforderliche elektrische Feld bereitstellen, ohne dass ein externes elektrisches Feld beteiligt ist. Die durch die Wechselwirkung von Lichtwellen hervorgerufene Änderung des Brechungsindex geht mit einem intensiven Lichtstrahl einher, der eine beträchtliche Lichtintensität erfordert, um signifikante Änderungen des Brechungsindex zu verursachen.
Der Selbstfokussierungseffekt ist eine Manifestation dieses Effekts. Bei extrem hoher Lichtintensität schwankt der Lichtstrahl jedoch aufgrund der Multiphotonen-Ionisation.
Ende
Da die Technologie weiter voranschreitet, könnte der Kell-Effekt unsere visuelle Welt verändern und optische Geräte revolutionieren. Sind Sie bereit für die Zukunft der Optoelektronik und die damit verbundenen Möglichkeiten?
