南理工物理光学05-09.ppt

1、固有旋光现象 （1811年阿喇果）,§15－9 磁光、电光和声光效应,旋光：当一束线偏振光通过某种物质时，光矢量的方向会随着传播距离而逐渐转动光轴,石英晶体,一、旋光和旋光效应,旋光现象的规律：,旋光色散：,旋光方向：,双折射晶体（如石英，酒石酸等）,各向同性晶体（砂糖晶体，氯化钠晶体等）,液体（砂糖溶液，松节油等）,旋光物质：,旋光的液体：,,右旋,,左旋,,光的传播方向,不同波长的光波在同一旋光物质中其光矢量旋转 的角度不同转角 还与溶液的浓度成正比方向的规定：,左旋、右旋之分2、旋光现象的物理解释（1825年菲涅尔）,1）将入射线偏光看成是左旋、右旋圆偏光的合成,2）左旋、右旋圆偏光在物质内部的折射率不同，因而从物质中出射时获得的位相差不等,3）合成复振幅,引入：,若右旋圆偏振光传播速度快，vLnR， < 0，光矢量向顺时针方向转动4）讨论：,若左旋圆偏振光传播速度快，vL>vR，nL0， 光矢量向逆时针方向转动；,3、旋光现象的应用：,旋光光学元件,,,,,,,,a)石英棱镜,b)科纽棱镜,c)石英透镜,石英晶体性质：,沿光轴方向只表现旋光性而无双折射性,垂直光轴方向只表现双折射性而无旋光性,旋光晶片与半波片的区别：,晶片的取向：,旋光晶片,半波片,光轴平行于晶面,光轴垂直于晶面,对应波长：,对任何波长出射光 为线偏振光，只是 转角不同,只对特定波长出射光 为线偏振光,对于确定旋向的晶片， 光的振动面只向一个 方向转动一定的角度,振动方向：,旋转角度与光的振动面 和波片快，慢轴的夹角 有关，可左转也可右转,4、磁致旋光效应： 磁致旋光效应（1864年， 法拉第效应）：在强磁场的作用下，本来不具有旋光效应的物质产生了旋光性质。

即：在强磁场的作用下，物质的光学性质发生变化法拉第效应,,,,,,,,,旋转的角度,物质特性常数,磁感强度,物质厚度,5、磁光效应的应用：（1）单通光闸 利用旋光方向和光的传播方向无关的特性,,,,P,A,45,,,,,,,P,A,45,,,,正向,反向,,,光传播方向,光传播方向,,,（2）量糖计（用来测液体浓度）,,光传播方向,1. P、A正交，消光,2. 放入K 线偏振光通过糖溶液后光矢量发生转动，不再消光,3. 放入F，控制F上加的电流，光矢量向相反方向转过相等角度，再次达到消光,4. 测出所加电流大小可求得光在糖溶液中得转角，实现糖溶液浓度的自动测量,（3）磁光调制,,,,,,,,,,,,,,,P,B,A,,在上述装置中，让P,A的相对位置固定，按预定的方式改变螺线管中的电流，就可以改变入射到A上的光矢量的方位，因而使出射的光强按照马吕斯定律发生相应的变化起偏器,检偏器,1）光纤安培计,2）磁光空间光调制器,二、电光效应在外界强电场的作用下，某些本来是各向同性的介质会产生双折射现象，而本来具有双折射现象的晶体，其双折射性质也会发生变化1、泡克耳斯效应（一级电光效应）,KDP加电后，其折射率椭球变为：,在新坐标系中，折射率椭球变为：,z方向电场的加入，KDP晶体由单轴晶体变成双轴晶体,引入位相差：,出射光强：,三个方向的主折射率为：,KDP晶体的电光系数,真空中的波长,光在晶体中通过的长度,外加电压,结论：,电场引起的相位差与晶体的长度无关，仅由外加电压和晶体的性质决定。

输出光强随外电压而变半波电压：,使相位差达到 所施加的电压,,,,晶体电光性能的重要参数,,P,X’,Z’,A,KDP（磷酸二氢钾）,实验装置二：横向电光效应（垂直光的传播方向）,,,,,,Y’,l,h,引入位相差：,2、克尔效应（二级电光效应）,,P,A,硝基苯C6H5NO2 或二硫化碳（CS2)液体,克尔效应装置,,,,,,,,E,U,l,h,,,,各向同性的液体 单轴晶体性质,外加电场,,引入位相差：,出射光强：,3、电光效应的应用,1）电光调制,电光光强调制器,外加电场作用下的电光晶体尤如一块波片，它的相位延迟随外加电场的大小而变，随之引起偏振态的变化，从而使得检偏器出射光的振幅或强度受到调制2）电光偏转 利用电光效应实现光束偏转的技术,数字式电光偏转器,U,加半波电压后光矢量转,三、声光效应声波在媒质中传播时，由于应变缘故，使介质折射率随空间和时间发生周期性变化光通过这种媒质时会发生衍射现象，称为声光效应声光器件结构示意图,,,,,,s,声吸收媒质,,衍射光,入射光,声光媒质,压电换能器,,,声光效应分类：根据声波波长、光波波长和声光作用长度分两种声光衍射现象：,光波通过声光栅的衍射类似于一般的光学光栅的衍射， 其光栅方程为,布拉格声光衍射,喇曼—奈斯声光衍射,1、布拉格声光衍射,布拉格衍射,,,,,,O,A,B,O’,,,2、喇曼--奈斯声光衍射,喇曼--奈斯声光衍射,,,,,,,,,,,i,,m= -1,m= 0,m= +1,m= -2,衍射波,入射波,3、声光效应的应用,1）声光调制器,2）声光偏转器,3）可调谐声光滤波器,声光频谱分析器,激光器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,准直系统,布拉格声光盒,换能器,L,频谱面,2B,。