電光效應(yīng)及其應(yīng)用ppt課件-閱讀頁(yè)
2025-01-30 04:14本頁(yè)面
【正文】 振動(dòng)方向?yàn)?x1′軸方向 ,則根據(jù)前面的分析可知 :光在下面棱鏡中的折射率為 在上面棱鏡中 ,由于電場(chǎng)與該棱鏡的 x3方向相反，所以折射率為 。在這種情況下，介質(zhì)之中就會(huì)產(chǎn)生彈性應(yīng)力和彈性形變；與之相應(yīng)，介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變。n 介質(zhì)在足夠大的外力作用下，其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變（即折射率發(fā)生變化）的這一現(xiàn)象，叫做 彈光效應(yīng) 。 ? 假設(shè)介質(zhì)未受外力作用時(shí)的折射率橢球?yàn)椋? 介質(zhì)受到應(yīng)力 σ作用后的折射率橢球變?yōu)椋夯蛘?1 式中， Δ Bij為介質(zhì)受應(yīng)力作用后，折射率橢球各系數(shù)的變化量，它是應(yīng)力的函數(shù)： Δ Bij =f(σ ) ?? 若考慮線性效應(yīng)，略去所有的高次項(xiàng)， Δ Bij可表示為 Δ Bij = Π ijklσ kl? i,j,k,l=1,2,3 在此 ,考慮了介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的各向異性 ,認(rèn)為應(yīng)力 [σ kl］和折射率橢球的系數(shù)增量［ Δ Bij］ 都是二階張量 ,［ Π ijkl］是壓光系數(shù)，它是一個(gè)四階張量，有 81 個(gè)分量。Δ Bm=Π mnσ n m, n=1, 2, … , 663 聲光衍射 眾所周知 ,超聲波是一種彈性機(jī)械波 ,當(dāng)它通過(guò)介質(zhì)時(shí) ,介質(zhì)中各點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)隨時(shí)間和空間呈周期性變化的彈性應(yīng)變。 當(dāng)光通過(guò)有超聲波作用的介質(zhì)時(shí)，相位就要受到調(diào)制，其結(jié)果如同它通過(guò)一個(gè)衍射光柵，光柵間距等于聲波波長(zhǎng)，光束通過(guò)這個(gè)光柵時(shí)就要產(chǎn)生衍射 ,這就是通常觀察到的聲光效應(yīng)。64 按照超聲波頻率的高低和介質(zhì)中聲光相互作用長(zhǎng)度的不同，由聲光效應(yīng)產(chǎn)生的衍射有兩種常用的極端情況：喇曼 —乃斯 (RamanNath)衍射 和 布拉格衍射 。當(dāng) Q＜＜ 1(實(shí)踐證明，當(dāng) Q ≤ )時(shí)，為喇曼 — 乃斯衍射。而在 Q 4π 的中間區(qū)內(nèi)，衍射現(xiàn)象較為復(fù)雜，通常的聲光器件均不工作在這個(gè)范圍內(nèi)，故不討論。相應(yīng)各級(jí)衍射光的頻率為 ω+mΩ ，即衍射光相對(duì)入射光有一個(gè)多普勒頻移。布拉格衍射是在超聲波頻率較高，聲光作用區(qū)較長(zhǎng)，光線與超聲波波面有一定角度斜入射時(shí)發(fā)生的。 因此，利用這種衍射方式制作的聲光器件，工作效率很高 。由于石英晶體是單軸晶體，光沿著光軸方向傳播不會(huì)發(fā)生雙折射，因而阿喇果發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象應(yīng)屬另外一種新現(xiàn)象，這就是旋光現(xiàn)象。73 實(shí)驗(yàn)證明，一定波長(zhǎng)的線偏振光通過(guò)旋光介質(zhì)時(shí)，光振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)的角度 θ 與在該介質(zhì)中通過(guò)的距離 l成正比， θ =αl ?比例系數(shù) α 表征了該介質(zhì)的旋光本領(lǐng)，稱為旋光率，它與光波長(zhǎng)、介質(zhì)的性質(zhì)及溫度有關(guān)。 例如，石英晶體的 α 在光波長(zhǎng)為 m時(shí)，為 49176。/mm ；在 μm 時(shí)，為 16176。/mm ? 。在實(shí)際應(yīng)用中 ,可以根據(jù)光振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)的角度 ,確定該溶液的濃度。當(dāng)對(duì)著光線觀察時(shí)， 使光振動(dòng)矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)叫右旋光介質(zhì)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)叫左旋光介質(zhì)。之所以有這種左、右旋之分，是由于其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是鏡像對(duì)稱的，反映在晶體外形上即是圖 520 所示的鏡像對(duì)稱。按照他的假設(shè)，可以把進(jìn)入旋光介質(zhì)的線偏振光看作是右旋圓偏振光和左旋圓偏振光的組合。 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) 。803. 自然旋光現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 —— 菲涅耳棱鏡組實(shí)驗(yàn)裝置81圖 521 菲涅耳棱鏡組 82 磁光效應(yīng) —— 法拉第 (Faraday)效應(yīng) 上述旋光現(xiàn)象是旋光介質(zhì)固有的性質(zhì)，因此可以叫作自然圓雙折射。介質(zhì)在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的效應(yīng)叫磁致旋光效應(yīng)，或者簡(jiǎn)稱為磁光效應(yīng) 。83 1846年，法拉第發(fā)現(xiàn)，在磁場(chǎng)的作用下，本來(lái)不具有旋光性的介質(zhì)也產(chǎn)生了旋光性，能夠使線偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這就是法拉第效應(yīng)。84圖 522 法拉第效應(yīng) 85 后來(lái)，維爾德 (Verdet)對(duì)法拉第效應(yīng)進(jìn)行了仔細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)光振動(dòng)平面轉(zhuǎn)過(guò)的角度與光在物質(zhì)中通過(guò)的長(zhǎng)度l和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B成正比，即：θ =VBl 式中， V是與物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，叫維爾德常數(shù)。86表 51 幾種物質(zhì)的維爾德常數(shù)(用 λ = 3μm 的偏振光照明 ) 物 質(zhì) 溫 度 /? 176。 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(shí)驗(yàn)表明，法拉第效應(yīng)的旋光方向決定于外加磁場(chǎng)方向，與光的傳播方向無(wú)關(guān)，即 法拉第效應(yīng)具有不可逆性 ，這與具有可逆性的自然旋光效應(yīng)不同。但線偏振光通過(guò)磁光介質(zhì)時(shí)，如果沿磁場(chǎng)方向傳播，迎著光線看，振動(dòng)面向右旋轉(zhuǎn)角度 θ ， 而當(dāng)光束沿反方向傳播時(shí)，振動(dòng)面仍沿原方向旋轉(zhuǎn)，即迎著光線看振動(dòng)面向左旋轉(zhuǎn)角度 θ ， 所以光束沿原路返回，一來(lái)一去兩次通過(guò)磁光介質(zhì)，振動(dòng)面與初始位置相比，轉(zhuǎn)過(guò)了角度 2θ 。例如，在激光系統(tǒng)中，為了避免光路中各光學(xué)界面的反射光對(duì)激光源產(chǎn)生干擾，可以利用法拉第效應(yīng)制成光隔離器，只允許光從一個(gè)方向通過(guò)，而不允許反向通過(guò)。 角，調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度 B， 使從法拉第盒出來(lái)的光振動(dòng)面相對(duì) P1轉(zhuǎn)過(guò) 45176。89圖 523 法拉第光隔離器應(yīng)用示意圖
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