KerrEffekt

Der Kerr-Effekt ist eine nichtlineare optische Eigenschaft von Materialien, bei der sich der Brechungsindex n eines Mediums proportional zur Lichtintensität I ändert. In der einfachsten Form gilt Δn = n2 · I, wobei n0 der lineare Brechungsindex und n2 der nichtlineare Koeffizient ist. Der Effekt resultiert aus der dritten Ordnung der optischen Suszeptibilität χ(3) und wird häufig dem elektronischen Kerr-Effekt zugeschrieben, da er durch schnelle elektronische Reaktionen verursacht wird. In anisotropen oder zentralinversen Medien kann zusätzlich eine elektroelectric-Quadratische Komponente auftreten, doch der klassische Kerr-Effekt wird überwiegend dem χ(3)-Prozess zugeordnet.

Der Effekt führt zu zeitlich verschobenen Phasenverschiebungen zwischen Lichtkomponenten unterschiedlicher Polarisation, was induzierte Birefringenz erzeugt. In isotropen Medien kann intensives Licht eine temporäre, lichtinduzierte Birefringenz erzeugen. Die Reaktionszeit des elektronischen Kerr-Effekts liegt typischerweise im Femtosekundenbereich und ist nahezu instantaneous; langsamer kann ein nuclearer Beitrag durch Molekülorientierung auftreten.

Anwendungen umfassen All-Optik-Schalter, Kerr-Linseffekte in Laser-Systemen und verschiedene Formen der Phasenmodulation. In der Faseroptik führt der Kerr-Effekt zu Selbstphasenschaum (SPM), Kreuzphasenschaum (XPM) und Vier-Wellen-Mischung, was unter anderem bei der Bildung von Solitonen genutzt wird. Materialabhängig variiert der Koeffizient n2 stark und hängt auch von der Wellenlänge ab; typische Werte liegen im Bereich von 10^-20 m^2/W für Glas, wobei größere oder kleinere Werte in anderen Materialien beobachtet werden.