電気光学効果

電気光学効果：光と電場の相互作用

電気光学効果は、光が電場と相互作用する物質内で起こる現象の総称です。電場によって物質の光学特性、具体的には光の吸収や屈折率が変化する現象を指します。この変化は、物質の種類や電場の強さ、光の波長などによって異なります。

電気光学効果の分類

電気光学効果は、主に光の吸収の変化と屈折率の変化に分類されます。ただし、クラマース・クローニッヒの関係式からわかるように、吸収の変化は屈折率にも影響を与えるため、両者は完全に独立したものではありません。

吸光度の変化

電界吸収効果 (electroabsorption): 電場によって物質の吸収係数が変化する一般的な現象です。
フランツ・ケルディッシュ効果 (Franz–Keldysh effect): 特に半導体において観測される、電場による吸収端のシフトと吸収係数の変化です。
量子閉じ込めシュタルク効果 (quantum-confined Stark effect): 半導体の量子井戸構造において観測される、電場による量子状態エネルギーの変化と吸収スペクトルの変化です。
エレクトロクロミック効果 (electro-chromatic effect): 特定の波長における光の吸収が変化し、物質の色が変化する現象です。

屈折率の変化

ポッケルス効果 (Pockels effect) / 1次電気光学効果 (linear electro-optic effect): 屈折率の変化が電場強度に比例する現象です。物質の反転対称性が無い場合に観測されます。
カー効果 (Kerr effect) / 2次電気光学効果 (quadratic electro-optic effect): 屈折率の変化が電場強度の2乗に比例する現象です。ポッケルス効果に比べて多くの物質で観測されます。
* 電気旋光効果 (electrogyration): 電場によって物質の旋光性が変化する現象です。

広義の電気光学効果

より広義には、光の周波数と同等の周波数で振動する電場による効果も電気光学効果に含まれる場合があります。また、光強度依存の吸収（非線形吸収）や、光強度による屈折率変化（光カー効果）なども、電気光学効果の範疇に含めることがあります。

フォトリフラクティブ効果

電気光学効果は、光電効果や光導電性と複合的に作用することで、フォトリフラクティブ効果（光屈折効果、光誘起屈折効果などとも呼ばれます）を引き起こします。これは、光の照射によって物質の屈折率分布が変化する現象です。

まとめ

電気光学効果は、光と電場の相互作用による多様な現象を包含する広範な研究分野です。その応用は、光変調器、光スイッチ、光偏向器などの光学デバイス、さらには光計測技術など、多岐に渡ります。それぞれの効果の特性を理解し、適切な材料を選択することで、様々な光学技術への応用が期待できます。

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