ポッケルス 効果。 「水」に巨大なポッケルス効果，東京理科大学らが実験で観測 ≪訂正あり≫

カー効果とは

電気光学効果を示す結晶の中でも、Qスイッチに用いられる電気光学結晶は、主にポッケルス効果（Pockels effect）が現れるものが使われます。 【参考URL】 電気光学効果 - Wikipedia ポッケルス効果とは、通常の状態では光学的には等方性である、ある種の誘電体の結晶を、電場中に置くと、電場の強さに比例して屈折率が変化し、複屈折性を示す様になる現象です。 【参考URL】 ポッケルス効果 - Wikipedia 複屈折 - Wikipedia 複屈折性を示す結晶で、結晶の光軸に平行な方向にカットした平板を作成した場合、平板に垂直に入射した光は、光軸に対して垂直に入射しているのですから、電場の存在下でも複屈折は起きません。 しかし、入射光が直線偏光している場合には、結晶内に入射した光は、結晶の光軸に対して平行な方向に振動する成分と、光軸に対して垂直な方向に振動する成分に分かれます。 この分かれた２つの光に対する結晶の屈折率は、複屈折によって、それぞれ異なった屈折率となるため、この分かれた２つの光が結晶中を進む速度は異なる事になります。 そのため、結晶中を透過する距離が長くなる程、2つに分かれた光の位相はずれて行きます。 そのため、入射光が直線偏光しているコヒーレント光である場合には、2つに分かれた光が干渉し合う事により、平板を透過した光は楕円偏光をします。 そして、２つに分かれた光が平板から出る時に、その２つの光の位相差が丁度90度となる様に、平板の厚さを調節した上で、直線偏光している入射光の振動方向が、結晶の光軸に対して45度の角度になる様にしますと、透過光は円偏光した光となります。 この様な、複屈折によって分かれた光に、丁度90度の位相差を与える板の事を、4分の1波長板と言います。 ここで、ポッケルス効果を示す結晶で、先程の様に結晶の光軸に平行な方向にカットした平板を作成し、その表裏の面に相対する1対の透明電極を取り付けて、電場を加える事が出来る様にすれば、電極に加える電圧のON-OFFによって、透過光を楕円偏光させたり、直線偏光に戻したりを、自由に切り替える事が出来ます。 4分の1波長板の後ろに、このポッケルス効果を示す結晶の平板を置き、4分の1波長板を透過して円偏光した光を、ポッケルス効果を示す結晶の平板（電圧を加えた状態）を透過させると、楕円偏光した光となります。 更にその後ろに偏光フィルターを置き、楕円偏光の長軸の向きと、偏光フィルターの直線偏光の向きが直交する様に配置しますと、透過光の大半は偏光フィルターによって遮られる事になります。 ここで、ポッケルス効果を示す結晶の平板の電極に加える電圧をOFFにすれば、透過光は楕円偏光ではなく、円偏光となりますから、透過光の大半は偏光フィルターを透過する事が出来る様になります。 この様な仕掛けを、レーザー発振器中の、レーザー媒質と反射鏡の間に配置すれば、レーザー媒質中を光が1往復する際に光が増幅する割合よりも、変更フィルターに光が遮られて減衰する割合の方が大きくなるため、レーザー光は減衰して、発振しない事になり、レーザー光の強度が極端に低ければ、光の誘導放出が起きる頻度も少ないため、レーザー媒質の分子や原子が、準安定状態から安定状態に落ちて行く速度も遅くなりますから、ポンピングにより準安定状態となっている分子や原子の割合を増やす事が出来る訳です。 この様にして、レーザーの発振を抑えたり、レーザー光が透過する事を制限したりする素子の事を、Qスイッチと言います。 Opto-electronics circuit part 2 オプトエレクトロニクス回路、後編.

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1次の電気光学効果

東京理科大学 准教授の徳永英司氏と電気通信大学らのグループは，「」と呼ぶ電気光学効果が，水（H 2O）に存在し，しかもその効果の係数（ポッケルス係数）が大きなものであることを初めて実験的に観測し，このほど米国物理学会（APS）のPhysical Review BのWeb速報版に論文が掲載された（）。 ポッケルス効果は，電場の強さに比例して屈折率が変化するという，1次の電気光学効果である。 LiNbO 3といった結晶が大きなポッケルス係数（電場と屈折率の比例定数）を示すことが知られている。 こうした結晶に信号電圧をかけることで，光通信でレーザ光の強度などを変調する，光変調器などが作られている。 こうした非線形光学効果の源泉は，結晶や分子内での分極である。 この分極率が，外から印加した電場によって変化し，屈折率の変化として表れるのがポッケルス効果である。 水分子は，単体ではポッケルス効果が表れることが理論的に予測される構造だが，液体としての水だと，分子がランダムな向きに多数集まっているので平均化されてしまい，同効果の測定は非常に難しかった。 今回，徳永准教授らは，を使うことで，水のポッケルス効果の測定に成功した。 具体的には，ガラス基板上にITO（酸化インジウムスズ）の透明電極（厚さ100nm～500nm）を形成したものを用意し，これをNaClやNaFといった電解質を加えた水中に入れる。 このガラス基板に対向するような形でもう一つの電極を入れ，ITO薄膜との間に電圧をかけた。 こうすると，ITO薄膜のすぐ近くの水の部分に電気2重層が形成される。 この状態でガラス基板に白色光を当てて，電圧を印加する前と後で干渉縞が変化する様子などから，ポッケルス係数を求めた（ITO薄膜内にできる「空間電荷層」の影響は，光の吸収率の変化などの測定結果などから算定して除外した）。 今回の実験結果は，水にもポッケルス効果があることを実験的に示した点で意味があるが，これがすぐに，水を使った光変調素子ができることを示しているわけではない。 例えば，屈折率とはバルクとして意味のある値であり，電気2重層内で屈折率が変化したときに，それを光変調にどう生かすかは，今後の研究を待たねばならない。 さらに，今回は電気2重層が形成される／同層がなくなるという変化を利用したため，イオンの物理的な移動などが必要で，変調速度は数十Hzがせいぜいだった。 ただし，電気2重層を常に形成しておいた状態で，水の双極子の配向を変えることで変調できれば，応答速度は数十GHz程度が見込めるという。 さらに，今回の現象やその測定方法は，電気2重層内での反応などについての「プローブ」としての役割を果たす可能性もある。 水の電気分解といった反応には，電気2重層の存在が大きく関与しているといわれているが，その詳細はいまだに明らかになっていない。 徳永准教授は「この方法を使うことで，さまざまな物質の界面で何が起こっているかを突き止めるための一つの方法になるかもしれない」と期待している。 【訂正】記事掲載当初，測定時に当てた光を「レーザ光」としていましたが「白色光」の誤りでした。 加えて，水分子の分極についての説明が一部分かりにくい点がありましたので加筆・修正しました。

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ポッケルス効果の原理について

定義 [編集 ] カー効果（電気光学カー効果）は、ある物質に電場が印加されたときにその物質のがの強さの2乗に比例して変化する現象、より厳密にはの強さの2乗に比例したを生じる現象である。 応用 [編集 ] この現象は、、の高速シャッターに利用されている。 結晶の両端にをおき、偏光方向を垂直にすると不透明となる。 しかし、結晶にをかけて偏光方向を変えることによりになる。 これにより、機械のでは不可能な高速スイッチングを行っている。 光カー効果 [編集 ] カー効果を引き起こす電場が光電場のとき、この現象をとくに光カー効果という。 の一種である。 伝播する光それ自身によって引き起こされる光カー効果（例えば自己集束）もあるし、別に導入する光によって引き起こされる光カー効果もある。 後者においては、・のパルスを用いるとパルス電圧を用いる場合以上に高速のシャッターとして動作させることが可能であり、超高速分光や超高速イメージング等に応用されている。 光カー効果は、3次の非線形光学媒質に光が入射した際にが変化することに由来する。 光カー効果では入射光の強度に依存して媒質の屈折率が変化するため、媒質中で光の位相速度が変化する（）。 3次の非線形光学媒質中を光ビームが透過する時、その媒質の屈折率は光ビームの強度の空間分布に応じて変化する。 光ビームが断面の中心で強度が最大となる時、屈折率変化も中心で最大となり、光ビームが媒質中で自分自身を収束させる働きをする。 この効果を自己集束（self-focusing）という。 関連項目 [編集 ]• この項目は、 に関連した 書きかけの項目です。 などしてくださる（Portal:自然科学）。

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