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Une symphonie de lumière et d'électricité : comment l'effet Kell change-t-il notre monde visuel
L'effet Kell, également connu sous le nom d'effet électro-optique secondaire, fait référence à un phénomène dans lequel l'indice de réfraction d'un matériau change lorsqu'un champ électrique est appliqué. Contrairement à l'effet Pockels, la variation de l'indice de réfraction dans l'effet Kell est proportionnelle au carré du champ électrique. Bien que tous les matériaux subissent l’effet Kell, certains liquides présentent une réponse plus forte. Ce phénomène a été découvert pour la première fois en 1875 par le physicien écossais John Kell. Deux cas particuliers sont habituellement considérés dans l'effet Kell : l'effet électro-optique Kell (effet DC Kell) et l'effet Kell optique (effet AC Kell).
Effet de foudre de Kyle
L'effet électro-optique Kyle, également connu sous le nom d'effet DC Kyle, signifie que lorsqu'un champ électrique externe changeant lentement est appliqué, le matériau deviendra biréfringent et aura différents indices de réfraction pour la lumière parallèle et perpendiculaire à la direction du champ électrique.
Cette différence d'indice de réfraction permet au matériau de fonctionner comme une lame d'onde pour moduler la lumière lorsque la lumière est incidente perpendiculairement à la direction du champ électrique.
Si le matériau est placé entre deux polariseurs linéaires croisés, aucune lumière ne passera à travers lorsque le champ électrique est éteint, alors qu'à une valeur de champ électrique optimale, presque toute la lumière sera transmise. Une valeur plus élevée de la constante de Kell signifie qu'une transparence totale peut être obtenue avec un champ électrique appliqué plus petit. Certains liquides polaires, tels que le nitrotoluène et le nitrobenzène, présentent des constantes de Kell très élevées, ce qui rend les cellules de Kell remplies de ces liquides très adaptées à la modulation de la lumière car elles réagissent très rapidement aux changements du champ électrique et peuvent moduler la lumière à des fréquences allant jusqu'à 10. GHz.
Effet Kell optique
L'effet optique Kell, également connu sous le nom d'effet AC Kell, est une modification du champ électrique provoquée par la lumière elle-même, qui entraîne une modification de l'indice de réfraction et est proportionnelle à l'intensité d'éclairage locale de la lumière.
Ce changement d'indice de réfraction est responsable des effets optiques non linéaires d'auto-focalisation, d'auto-modulation de phase et d'instabilité de modulation, et constitue la base du verrouillage du modèle d'objectif Kell.
L'effet Kell optique n'est significatif qu'avec des faisceaux très intenses, tels que les faisceaux laser. Il a également été observé que cet effet changeait dynamiquement le couplage de mode dans les fibres optiques multimodes, et cette technique montre des applications potentielles dans les mécanismes de commutation tout optique, les systèmes nanophotoniques et les dispositifs de détection de lumière de faible dimension.
Effet Kell magnéto-optique
L'effet Kell magnéto-optique (MOKE) signifie que la lumière réfléchie par un matériau magnétisé a un plan de polarisation légèrement tourné. Ceci est similaire à l'effet Faraday, mais se caractérise par le fait que le plan de polarisation de la lumière tourne pendant la transmission.
Base théorique
Effet DC Kyle
Dans les matériaux non linéaires, la polarisation électrique dépend des changements dans le champ électrique. Cette dépendance peut s’exprimer à travers une série de composantes du champ électrique.
Pour les matériaux présentant un effet Kell significatif, la composante de sensibilité électrique non linéaire du troisième ordre est très importante, car la contribution des termes d'ordre pair est généralement annulée par la symétrie d'inversion du matériau.
Ces connaissances théoriques constituent une base solide pour comprendre et appliquer l'effet Kell et sont largement utilisées dans la conception de divers dispositifs optiques.
Effet AC Kyle
Dans l'effet Kell optique, le faisceau lumineux intense lui-même peut fournir le champ électrique requis pour la modulation sans l'intervention d'un champ électrique externe. Le changement d'indice de réfraction produit par l'interaction des ondes lumineuses s'accompagne d'un faisceau de lumière intense, nécessitant une intensité lumineuse considérable pour provoquer des changements significatifs d'indice de réfraction.
L'effet d'auto-focalisation est une manifestation de cet effet. Cependant, à une intensité lumineuse extrêmement élevée, le faisceau lumineux fluctue en raison de l'ionisation multiphotonique.
Fin
À mesure que la technologie continue de progresser, l'effet Kell pourrait changer notre monde visuel et révolutionner les équipements optiques. Êtes-vous prêt pour l’avenir de l’optoélectronique et les possibilités qu’elle offre ?
