光波在磁光介质中的传播资料讲解.pptVIP

* * * * * UP DOWN BACK * 共17页 * 共17页 UP DOWN BACK * 共17页 * * 旋 光 1．石英的旋光现象 1）旋光现象 冰洲石晶体 无旋光现象 * 水晶有旋光现象 * 2）旋光定义： 线偏振光在石英晶体内部沿光轴方向传 播时，透过后偏振面被旋转了一个角度。 3）旋光率： ：旋光率。 4）旋光色散： ，旋光率随波长变化。 不同颜色的线振动面透过晶体后 被旋转的角度不同 * 5）左旋和右旋晶体 一种结构是另一种 结构的镜像反演 线偏振光沿光轴通过晶体后振动面一种向左旋、另一种向右旋。 * 磁光效应是磁光调制的物理基础。当光波通过这种磁化的物体 (磁性物质）时，其传播特性发生变化，这种现象称为磁光效应。 磁光效应包括法拉第旋转效应、克尔效应、磁双折射效应等。其中最主要的是法拉第旋转效应，它使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转，其旋转角度? 的大小与沿光束方向的磁场强H和光在介质中传播的长度L之积成正比，即 ? ＝VHL (1) 式中，V称为韦尔代(verdet)常数，它表示在单位磁场强度下线偏振光通过单位长度的磁光介质后偏振方向旋转的角度。表列出了一些磁光材料的韦尔代常数。 2.5 光波在磁光介质中的传播 * 装置、光路 Faraday Rotator Brewster dielectric polarizers Rotator * 在光频波段内，令 ，几乎所有的磁光现象都可得到解释。 引进等效介电系数张量 当磁场反向时，? 的符号也要反号，即: 理论分析 * 假设磁场沿z轴方向，取磁光介质中传播的平面波为 : 式中lx、ly、lz为光波矢的方向余弦。 代入菲涅耳方程 由系数行列式为零，得到折射率n所满所足的方程 : * 假设光波在立方晶体或各向同性介质中（ ）平行于磁化强度（z）方向（lx=ly=0，lz=1）传播，得 * 可见Ez=0，即介质中传播的光波为横波，相应的传播模式为右旋和左旋的两个圆偏振光波： 代如菲涅耳方程 得， * * 因此，沿x方向偏振的入射光经过长度为L的磁光介质后将偏转一个角度 这就是法拉第旋转现象，? 为磁致旋光率。 * 当磁化强度较弱，B与H为线性关系，即?=?0为常量。因而旋光率? 与外加磁场强度在成正比, 式可写成: 式中V称为韦尔德（Verdet）常数，它表示在单位磁场强度下线偏振光波通过单位长度磁光介质后偏振方向旋转的角度。 * 法拉第旋转的特殊规律 （1）自然旋光物质左右旋与光的传播方向无关 * （2）光沿磁场方向通过时，振动面右旋。 光逆磁场方向传播时，振动面左旋。 * （4）法拉第旋转的用途 若： 线偏振光返回后无法通过第一个偏振片， 成为光隔离器。 则: （3）光束一正一反两次通过磁光介质时， 振动面转过角度 。 法拉第旋转器的应用 * 对于旋光现象的物理原因，可解释为外加磁场使介质分子的磁矩定向排列，当一束线偏振光通过它时，分解为两个频率相同、初相位相同的两个圆偏振光，其中一个圆偏振光的电矢量是顺时针方向旋转，称为右旋圆偏振光，而另一个圆偏振光是逆时针方向旋转的，称为左旋圆偏振光。这两个圆偏振光无相互作用地以两种略有不同的速度 ?+＝c/nR和 ?-＝c/nL传播，它们通过厚度为L的介质之后产生的相位延迟分别为: 所以两圆偏振光间存在一相位差 * 当它们通过介质之后，又合成为一线偏振光，其偏振方向相对于入射光旋转了一个角度。zA表示入射介质的线偏振光的振动方向，将振幅A分解为左旋和右旋两矢量AL和AR ，假设介质的长度L使右旋矢量AR刚转回到原来的位置，此时左旋光矢量(由于vL≠vR )转到A’L，于是合成的线偏振光A’相对于入射光的偏振方向转了一个角度?，此值等于?角的一半，即 ? = ?/2＝ ?（nR – nL）L/ ? (3) 可以看出，A’的偏振方向将随着光波的传播 向右旋转。这称为右旋光效应。 AL AR AL’ ? ? z A A’ (2) *