14-9磁光、電光和聲光效應(yīng)

1、1,1、固有旋光現(xiàn)象 （1811年阿喇果）,§14－9 磁光、電光和聲光效應(yīng),旋光：當(dāng)一束線偏振光通過(guò)某種物質(zhì)時(shí)，光矢量的方向會(huì)隨著傳播距離而逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)。,,,,,,,,,,,,,光軸,石英晶體,一、旋光和旋光效應(yīng),2,旋光現(xiàn)象的規(guī)律：,旋光色散：,旋光方向：,雙折射晶體（如石英，酒石酸等）,各向同性晶體（砂糖晶體，氯化鈉晶體等）,液體（砂糖溶液，松節(jié)油等）,旋光物質(zhì)：,旋光的液體：,,右旋,,左旋,,光的傳播方向,不同波長(zhǎng)的

2、光波在同一旋光物質(zhì)中其光矢量旋轉(zhuǎn)的角度不同。,轉(zhuǎn)角 還與溶液的濃度成正比。,方向的規(guī)定：,左旋、右旋之分。,3,2、旋光現(xiàn)象的物理解釋?zhuān)?825年菲涅爾）,1）將入射線偏光看成是左旋、右旋圓偏光的合成,2）左旋、右旋圓偏光在物質(zhì)內(nèi)部的折射率不同，因而從物質(zhì)中出射時(shí)獲得的位相差不等,4,3）合成復(fù)振幅,引入：,5,若右旋圓偏振光傳播速度快， nL>nR，vL<vR ，? < 0，光矢量向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。,4）討

3、論：,若左旋圓偏振光傳播速度快，nLvR ， ?>0，光矢量向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；,6,3、旋光現(xiàn)象的應(yīng)用：,旋光光學(xué)元件,,,,,,,,a)石英棱鏡,b)科紐棱鏡,c)石英透鏡,7,石英晶體性質(zhì)：,沿光軸方向只表現(xiàn)旋光性而無(wú)雙折射性,垂直光軸方向只表現(xiàn)雙折射性而無(wú)旋光性,旋光晶片與半波片的區(qū)別：,晶片的取向：,旋光晶片,半波片,光軸平行于晶面,光軸垂直于晶面,對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)：,對(duì)任何波長(zhǎng)出射光為線偏振光，只是轉(zhuǎn)角不同,只對(duì)特定波長(zhǎng)出

4、射光為線偏振光,對(duì)于確定旋向的晶片，光的振動(dòng)面只向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,振動(dòng)方向：,旋轉(zhuǎn)角度與光的振動(dòng)面和波片快，慢軸的夾角有關(guān)，可左轉(zhuǎn)也可右轉(zhuǎn),8,4、磁致旋光效應(yīng)：磁光效應(yīng)：在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。 磁致旋光效應(yīng)（1864年 法拉第效應(yīng)）：在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，本來(lái)不具有旋光效應(yīng)的物質(zhì)產(chǎn)生了旋光性質(zhì)。,法拉第效應(yīng),,,,,,,,,旋轉(zhuǎn)的角度,物質(zhì)特性常數(shù),磁感強(qiáng)度,物質(zhì)厚度,9,5、磁光效應(yīng)的應(yīng)用：

5、 （1）單通光閘 利用旋光方向和光的傳播方向無(wú)關(guān)的特性,,,,P,A,45,?,,,,,,P,A,45,?,,,正向,反向,,,光傳播方向,光傳播方向,,,10,（2） 自動(dòng)測(cè)量,量糖計(jì)（用來(lái)測(cè)液體濃度）,,光傳播方向,1. P、A正交，消光,2. 放入K 線偏振光通過(guò)糖溶液后光矢量發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，不再消光,3. 放入F，控制F上加的電流，光矢量向相反方向轉(zhuǎn)過(guò)相等角度，再次達(dá)到消光,4. 測(cè)出所加電流大小可求得光在糖溶液中得轉(zhuǎn)角，實(shí)

6、現(xiàn)糖溶液濃度的自動(dòng)測(cè)量,11,（3）磁光調(diào)制,,,,,,,,,,,,,,,P,B,A,,在上述裝置中，讓P,A的相對(duì)位置固定，按預(yù)定的方式改變螺線管中的電流，就可以改變?nèi)肷涞紸上的光矢量的方位，因而使出射的光強(qiáng)按照馬呂斯定律發(fā)生相應(yīng)的變化。,,,,,起偏器,檢偏器,1）光纖安培計(jì),2）磁光空間光調(diào)制器,12,二、電光效應(yīng) 在外界強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，某些本來(lái)是各向同性的介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，而本來(lái)具有雙折射現(xiàn)象的晶體，其雙折射

7、性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。,1、泡克耳斯效應(yīng)（一級(jí)電光效應(yīng)）,,,,,,P,z,x,y,X’,Y’,,KDP（磷酸二氫鉀）,實(shí)驗(yàn)裝置一：縱向電光效應(yīng),13,z方向電場(chǎng)的加入，KDP晶體由單軸晶體變成雙軸晶體,引入位相差：,出射光強(qiáng)：,三個(gè)方向的主折射率為：,KDP晶體的電光系數(shù),真空中的波長(zhǎng),光在晶體中通過(guò)的長(zhǎng)度,外加電壓,結(jié)論：,電場(chǎng)引起的相位差與晶體的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，僅由外加電壓成和晶體的性質(zhì)決定,半波電壓：,,使相位差達(dá)到 所施加的電壓

8、,,,,晶體電光性能的重要參數(shù),14,,P,X’,Z’,A,KDP（磷酸二氫鉀）,實(shí)驗(yàn)裝置二：橫向電光效應(yīng)（垂直光的傳播方向）,,,,,,Y’,l,h,引入位相差：,結(jié)論：,電場(chǎng)引起的相位差與外加電壓成正比，同時(shí)與晶體的長(zhǎng)度和厚度有關(guān),,,,,自然雙折射,外加電場(chǎng)引起的雙折射,15,2、克爾效應(yīng)（二級(jí)電光效應(yīng)）,,P,A,硝基苯C6H5NO2 或二硫化碳（CS2)液體,克爾效應(yīng)裝置,,,,,,,,E,U,l,h,,,,各向同性的液體

9、 單軸晶體性質(zhì),外加電場(chǎng),,16,引入位相差：,出射光強(qiáng)：,克爾效應(yīng)的特點(diǎn)：,馳豫時(shí)間極短，是理想的高速電光開(kāi)關(guān),加上調(diào)制信號(hào)后能改變光的強(qiáng)度－也作為電光調(diào)制器,半波電壓高達(dá)萬(wàn)伏，使用不便,,,克爾系數(shù),17,3、電光效應(yīng)的應(yīng)用,1）電光調(diào)制,電光光強(qiáng)調(diào)制器,外加電場(chǎng)作用下的電光晶體尤如一塊波片，它的相位延遲隨外加電場(chǎng)的大小而變，隨之引起偏振態(tài)的變化，從而使得檢偏器出射光的振幅或強(qiáng)度受到調(diào)制。,18,2）

10、電光偏轉(zhuǎn) 利用電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)的技術(shù),數(shù)字式電光偏轉(zhuǎn)器,U,19,三、聲光效應(yīng) 聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，由于應(yīng)變緣故，使介質(zhì)折射率隨空間和時(shí)間發(fā)生周期性變化。光通過(guò)這種媒質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，稱(chēng)為聲光效應(yīng)。,聲光效應(yīng)分類(lèi)： 根據(jù)聲波波長(zhǎng)、光波波長(zhǎng)和聲光作用長(zhǎng)度分兩種聲光衍射現(xiàn)象：,光波通過(guò)聲光柵的衍射類(lèi)似于一般的光學(xué)光柵的衍射，其光柵方程為,布拉格聲光衍射,喇曼—奈斯聲光衍射,,,,,,,聲波波長(zhǎng),光波

11、波長(zhǎng),衍射光波,入射光波,,,衍射級(jí)次,20,1、布拉格聲光衍射,布拉格衍射,,,,,,O,A,B,O’,?,?,21,2、喇曼--奈斯聲光衍射,喇曼--奈斯聲光衍射,,,,,,,,,,,?i,?,m= -1,m= 0,m= +1,m= -2,衍射波,入射波,22,3、聲光效應(yīng)的應(yīng)用,聲光器件結(jié)構(gòu)示意圖,,,?,?,,?s,聲吸收媒質(zhì),,衍射光,入射光,聲光媒質(zhì),壓電換能器,,,1）聲光調(diào)制器,2）聲光偏轉(zhuǎn)器,3）可調(diào)諧聲光濾波器,23