《物理光学》课程主要内容.ppt

菲涅耳的解释只是唯象理论，不能说明旋光现象的根本原因，不能回答为什么旋光介质中二圆偏振光的速度不同。 从分子结构的角度考虑，光在物质中传播时，不仅受分子的电矩作用，还要受到诸如分子的大小和磁矩等次要因素的作用，因此入射光波的光矢量振动方向会发生旋转。 将旋光现象与双折射现象对比，一个是指在各向异性介质中的二正交线偏振光的传播速度不同，一个是指在旋光介质中的二反向旋转的圆偏振光的传播速度不同。 因此，可将旋光现象视为一种特殊的双折射现象——圆双折射，而将前面讨论的双折射现象称为线双折射。 5.3.2 法拉第效应 与感应双折射类似，也可以通过人工的方法产生旋光现象。介质在强磁场作用下产生旋光现象的效应叫磁致旋光效应 或 法拉第效应。 后来，维尔德(Verdet)对法拉第效应进行了仔细的研究，发现光振动平面转过的角度与光在物质中通过的长度 l 和磁感应强度 B 成正比，即： ? =VBl V 是与物质性质有关的常数，称为维尔德常数。 表 5-1 几种物质的维尔德常数 (用?? = 0.589 3 ?m的偏振光照明) 物 质 温 度 / ?C V/［弧度/(特·米)］ 磷冕玻璃 轻火石玻璃 水晶(垂直光轴) 食盐 水 磷 二硫化碳 18 18 20 16 20 33 20 4.86 9.22 4.83 10.44 3.81 38.57 12.30 法拉第效应与旋光效应的区别： 旋光效应具有可逆性。例如，线偏振光通过天然右旋介质时，迎着光看，振动面总是向右旋转；所以，当从天然右旋介质出来的透射光沿原路返回时，振动面将回到初始位置。 法拉第效应的旋光方向取决于外加磁场方向，与光传播方向无关，即法拉第效应具有不可逆性。 如果线偏振光沿磁场方向通过磁光介质，迎着光线看，振动面向右旋转? ；而当光束沿反方向传播时，振动面仍沿原方向旋转，即迎着光线看振动面向左旋转? ，所以光束一来一去两次通过磁光介质，振动面相对初始位置转过了2?。 法拉第效应的这种不可逆性，在光电子技术中有重要应用。在激光系统中，为了避免光路中各光学界面的反射光对激光源的干扰，可以利用法拉第效应制成光隔离器。 如图，偏振片P1与P2的透振方向成45?，调整磁感应强度B，使从法拉第盒出来的光振动面相对P1转过45?，刚好能通过P2 ；但从后面光学系统各界面反射回的光，经P2和法拉第盒后，其光矢量与P1垂直，因此被隔离而不能返回到光源。 作 业 7，8 5.2.2 声光衍射 超声波是一种弹性机械波，当它通过介质时，介质中各点将出现随时间和空间呈周期性变化的弹性应变，导致介质中产生随时间和空间呈周期性变化的弹光效应，结果使得介质中各点的折射率产生相应的周期性变化。 当光通过有超声波作用的介质时，相位受到调制，其结果如同光通过一个衍射光栅，光栅间距等于声波波长，光束通过这个光栅时要产生衍射，这就是通常观察到的声光效应。由此可见，声光效应实质上是一种特殊的弹光效应。 按照超声波频率的高低和介质中声光相互作用长度的不同，由声光效应产生的衍射有两种常用的极端情况：喇曼—乃斯(Raman-Nath)衍射和布拉格衍射。衡量这两类衍射的参量是: L 是声光相互作用长度；?s 是超声波长；? 是通过声光介质的光波长。 当 Q ??1 (实践证明，Q ≤ 0.3) 时，为喇曼—乃斯衍射。 当 Q ??1 (实际上，Q ≥ 4? ) 时，为布拉格衍射。 在 0.3 Q 4? 的中间区内，衍射现象较为复杂，通常的声光器件均不工作在这个范围内，故不讨论。 1. 喇曼——乃斯衍射 1) 超声行波的情况 相应介质折射率椭球的变化： 假设频率 ? 的超声波是沿 x1方向传播的平面纵波，波矢为Ks，在介质中将引起正弦形式的弹性应变： 写成标量形式： 式中，(?n)M=n03PS/2 表示折射率变化的最大幅值。 则： 该式表明，介质在超声波作用下，折射率沿 x1 方向出现正弦形式的增量，因而声光介质沿 x1 方向的折射率分布： n(x1, t) = n0? (?n)Msin(Ksx1 ? ? t) 如果光通过这种折射率发生了变化的介质，就会产生衍射。 当超声波频率较低、声光作用区长度较短，光线垂直于超声波传播方向(平行于超声波波面)入射时，超声行波的作用可视为是与普通平面光栅相同的折射率光栅，频率为 ? 的平行光通过它时，将产生多级光衍射。 所以在零级透射光两边，同级衍射光强相等，这种各级衍射光强的对称分布是喇