電光效應及其應用ppt課件-資料下載頁
2025-01-15 04:14本頁面
【正文】 光現(xiàn)象。73 實驗證明，一定波長的線偏振光通過旋光介質時，光振動方向轉過的角度 θ 與在該介質中通過的距離 l成正比， θ =αl ?比例系數(shù) α 表征了該介質的旋光本領，稱為旋光率，它與光波長、介質的性質及溫度有關。 介質的旋光本領因波長而異的現(xiàn)象稱為旋光色散，石英晶體的旋光率 α 隨光波長的變化規(guī)律如圖 519 所示。 例如，石英晶體的 α 在光波長為 m時，為 49176。/mm；在 m時，為 31176。/mm ；在 μm 時，為 16176。/mm ； 而膽甾相液晶的 α 約為 18 000176。/mm ? 。74圖 518 旋光現(xiàn)象 75圖 519 石英晶體的 旋光色散 76 對于具有旋光特性的溶液，光振動方向旋轉的角度還與溶液的濃度成正比， 式中 ,α 稱為溶液的比旋光率； c為溶液濃度。在實際應用中 ,可以根據(jù)光振動方向轉過的角度 ,確定該溶液的濃度。θ =α cl 77 實驗還發(fā)現(xiàn)，不同旋光介質光振動矢量的旋轉方向可能不同，并因此將旋光介質分為左旋和右旋。當對著光線觀察時， 使光振動矢量順時針旋轉的介質叫右旋光介質，逆時針旋轉的介質叫左旋光介質。自然界存在的石英晶體既有右旋的，也有左旋的，它們的旋光本領在數(shù)值上相等，但方向相反。之所以有這種左、右旋之分，是由于其結構不同造成的，右旋石英與左旋石英的分子組成相同，都是 SiO2， 但分子的排列結構是鏡像對稱的，反映在晶體外形上即是圖 520 所示的鏡像對稱。 ? 78圖 520 右旋石英與左旋石英 79 2. 旋光現(xiàn)象的理論解釋 —— 菲涅耳假設 ? 1825 年，菲涅耳對旋光現(xiàn)象提出了一種唯象的解釋。按照他的假設，可以把進入旋光介質的線偏振光看作是右旋圓偏振光和左旋圓偏振光的組合。 菲涅耳認為：在各向同性介質中，線偏振光的右、左旋圓偏振光分量的傳播速度 vR和 vL相等，因而其相應的折射率nR = c/vR 和 nL = c/vL 相等；在旋光介質中，右、左旋圓偏振光的傳播速度不同，其相應的折射率也不相等。 在右旋晶體中，右旋圓偏振光的傳播速度較快， vR vL (或者 nR nL)； 在左旋晶體中，左旋圓偏振光的傳播速度較快， vL vR (或者 nL nR) 。 根據(jù)這一種假設，可以解釋旋光現(xiàn)象。803. 自然旋光現(xiàn)象的實驗驗證 —— 菲涅耳棱鏡組實驗裝置81圖 521 菲涅耳棱鏡組 82 磁光效應 —— 法拉第 (Faraday)效應 上述旋光現(xiàn)象是旋光介質固有的性質，因此可以叫作自然圓雙折射。與感應雙折射類似，也可以通過人工的方法產生旋光現(xiàn)象。介質在強磁場作用下產生旋光現(xiàn)象的效應叫磁致旋光效應，或者簡稱為磁光效應 。磁光效應，又叫做法拉第效應，它是由法拉第于 1846年首先發(fā)現(xiàn)的。83 1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)，在磁場的作用下，本來不具有旋光性的介質也產生了旋光性，能夠使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉，這就是法拉第效應。觀察法拉第效應的裝置結構如圖 522 所示：將一根玻璃棒的兩端拋光，放進螺線管的磁場中，再加上起偏器 P1和檢偏器 P2,讓光束通過起偏器后順著磁場方向通過玻璃棒，光矢量的方向就會旋轉，旋轉的角度可以用檢偏器測量。84圖 522 法拉第效應 85 后來，維爾德 (Verdet)對法拉第效應進行了仔細的研究，發(fā)現(xiàn)光振動平面轉過的角度與光在物質中通過的長度l和磁感應強度 B成正比，即：θ =VBl 式中， V是與物質性質有關的常數(shù)，叫維爾德常數(shù)。 一些常用物質的維爾德常數(shù)列于表 51。86表 51 幾種物質的維爾德常數(shù)(用 λ = 3μm 的偏振光照明 ) 物 質 溫 度 /? 176。 C V? /［ 弧度 /(特 米)］ 磷冕玻璃 ?輕 火石玻璃 ?水晶 (垂直光 軸 )?食 鹽 ?水 ?磷 ?二硫化碳 18182016203320 ????? 87 實驗表明，法拉第效應的旋光方向決定于外加磁場方向，與光的傳播方向無關，即 法拉第效應具有不可逆性 ，這與具有可逆性的自然旋光效應不同。例如，線偏振光通過天然右旋介質時，迎著光看去，振動面總是向右旋轉，所以，當從天然右旋介質出來的透射光沿原路返回時，振動面將回到初始位置。但線偏振光通過磁光介質時，如果沿磁場方向傳播，迎著光線看，振動面向右旋轉角度 θ ， 而當光束沿反方向傳播時，振動面仍沿原方向旋轉，即迎著光線看振動面向左旋轉角度 θ ， 所以光束沿原路返回，一來一去兩次通過磁光介質，振動面與初始位置相比，轉過了角度 2θ 。88 由于法拉第效應的這種不可逆性，使得它在光電子技術中有著重要的應用。例如，在激光系統(tǒng)中，為了避免光路中各光學界面的反射光對激光源產生干擾，可以利用法拉第效應制成光隔離器，只允許光從一個方向通過，而不允許反向通過。這種器件的結構示意圖如圖 523所示，讓偏振片 P1與P2的透振方向成 45176。 角，調整磁感應強度 B， 使從法拉第盒出來的光振動面相對 P1轉過 45176。 ，于是，剛好能通過 P2 ；但對于從后面光學系統(tǒng) (例如激光放大器 2 等 )各界面反射回來的光，經 P2和法拉第盒后，其光矢量與 P1垂直，因此被隔離而不能返回到光源。89圖 523 法拉第光隔離器應用示意圖 90
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