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빛과 전기의 교향곡: 켈 효과는 우리의 시각적 세계를 어떻게 변화시키는가?
켈 효과는 2차 전기광학 효과로도 알려져 있으며, 전기장이 가해지면 물질의 굴절률이 변하는 현상을 말합니다. 포켈스 효과와 달리 켈 효과의 굴절률 변화는 전기장의 제곱에 비례합니다. 모든 물질은 켈 효과를 겪지만, 특정 액체는 더 강한 반응을 보입니다. 이 현상은 1875년 스코틀랜드 물리학자 존 켈에 의해 처음 발견되었습니다. 켈 효과에는 일반적으로 두 가지 특별한 경우가 고려됩니다. 켈 전기광학 효과(DC 켈 효과)와 광학적 켈 효과(AC 켈 효과)입니다.
켈 전기광학 효과
켈 전기광학 효과 또는 DC 켈 효과는 느리게 변화하는 외부 전기장이 적용될 때 재료가 복굴절이 되어 전기장 방향에 평행한 빛과 수직한 빛에 대해 서로 다른 굴절률을 갖는 사실을 말합니다. 전기장.
굴절률의 차이로 인해 이 물질은 파장판처럼 작용하여 빛이 전기장에 수직으로 입사할 때 빛을 변조할 수 있습니다.
두 개의 교차된 선형 편광판 사이에 재료를 놓으면 전기장이 꺼졌을 때 빛이 통과하지 못하지만, 최적의 전기장 값에서는 거의 모든 빛이 통과됩니다. 켈 상수의 값이 높을수록 더 작은 전기장에서도 완전한 투명성을 얻을 수 있다는 것을 의미합니다. 니트로톨루엔 및 니트로벤젠과 같은 일부 극성 액체는 매우 큰 켈 상수를 나타내므로 이러한 액체로 채워진 켈 셀은 전기장의 변화에 매우 빠르게 반응하고 최대 주파수에서 빛을 변조하는 데 사용할 수 있기 때문에 빛 변조에 매우 적합합니다. 최대 10GHz.
광학 켈 효과
광학적인 켈 효과 또는 AC 켈 효과는 빛 그 자체로 인해 발생하는 전기장의 변화로, 이로 인해 빛의 국부적 세기에 비례하여 굴절률이 변화합니다.
굴절률의 이러한 변화는 자기 초점, 자기 위상 변조, 변조 불안정성의 비선형 광학 효과에 대한 책임이 있으며, 케흘 렌즈 모델 잠금의 기초를 형성합니다.
광학적인 켈 효과는 레이저 빔과 같은 매우 강한 광선에서만 눈에 띄게 나타납니다. 이 효과는 다중모드 광섬유에서 모드 결합 특성을 동적으로 변화시키는 것으로도 관찰되었으며, 이는 모든 광학 스위칭 메커니즘, 나노광자 시스템 및 저차원 광 센서 장치에 잠재적으로 응용될 수 있는 것으로 나타났습니다.
자기광학 켈 효과
자기광학 켈효과(MOKE)는 자화된 물질에서 반사되는 빛이 약간 회전된 편광면을 갖는 현상을 말하는데, 이는 패러데이 효과와 유사하나, 빛의 편광면이 회전하는 특징이 있다. 전송 중.
이론적 근거
DC 카일 효과
비선형 재료에서 전기 분극은 전기장의 변화에 따라 달라집니다. 이런 종속성은 일련의 전기장 성분으로 표현될 수 있습니다.
케흘 효과가 뚜렷한 물질의 경우, 3차 비선형 전기 감도 성분이 매우 중요한데, 이는 짝수차 기여도가 일반적으로 물질의 반전 대칭에 의해 상쇄되기 때문입니다.
이러한 이론적 지식은 켈 효과를 이해하고 응용하는 데 튼튼한 기초를 제공하며, 다양한 광학 장치의 설계에 널리 사용됩니다.
AC 켈 효과
광학적인 켈 효과에서 강렬한 광선 빔 자체는 외부 전기장의 참여 없이 변조에 필요한 전기장을 제공할 수 있습니다. 이러한 피드스루는 빛파와 강렬한 빛줄기의 상호작용으로 인해 굴절률 변화를 초래하며, 상당한 굴절률 변화를 유도하려면 상당히 강한 빛 세기가 필요합니다.
자체 초점은 이 효과의 한 가지 표현이지만, 극도로 높은 광도에서 빛줄기는 다광자 이온화로 인해 변동될 수 있습니다.
끝
기술이 계속 발전함에 따라 켈 효과는 우리의 시각적 세계를 바꾸고 광학 장비의 개발에 혁명을 일으킬 수도 있습니다. 광전자공학의 미래와 그것이 가져올 가능성에 대해 준비가 되셨나요?
