椭圆偏振光克尔光电效应旋光现象幻灯片.ppt

椭圆偏振光克尔光电效应旋光现象第1页，共17页，编辑于2022年，星期六1一、椭圆偏振光和圆偏振光一、椭圆偏振光和圆偏振光 当两个同频率、有固定位相差、相互垂直的振动同时作当两个同频率、有固定位相差、相互垂直的振动同时作用于一点时，则该点的合成轨迹呈椭圆状。用于一点时，则该点的合成轨迹呈椭圆状。在光学中，各向异性晶体内所产生的在光学中，各向异性晶体内所产生的O光和光和e光光是同是同频率且振动方向相互垂直的两偏振光，假如能使它们频率且振动方向相互垂直的两偏振光，假如能使它们之间存在一个固定的位相差，则这样的之间存在一个固定的位相差，则这样的O光和光和e 光在其光在其相遇点的合成光矢量的末端的轨迹，一般来说，呈椭相遇点的合成光矢量的末端的轨迹，一般来说，呈椭圆形，这种合成光称为圆形，这种合成光称为椭圆偏振光椭圆偏振光。椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等均可等效为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互效为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光垂直的线偏振光。当合成光矢量的末端的轨迹呈圆形时，该合成光称为当合成光矢量的末端的轨迹呈圆形时，该合成光称为圆圆偏振光偏振光。第2页，共17页，编辑于2022年，星期六2 自然光在晶体内所生成的自然光在晶体内所生成的O光和光和e光，光，虽然是同频率虽然是同频率的和振动方向互相垂直，但是它们之间无固定的位相差，的和振动方向互相垂直，但是它们之间无固定的位相差，因而在光线进行方向上的任一点的因而在光线进行方向上的任一点的O光和光和e光的位相差均光的位相差均随时间作无规则的改变，这样的光不是椭圆偏振光或圆随时间作无规则的改变，这样的光不是椭圆偏振光或圆偏振光偏振光。对同一晶体，当入射光是一平面偏振光时，晶体内的对同一晶体，当入射光是一平面偏振光时，晶体内的O光和光和e光是由同一光矢量分解出来的，因而在光线进行方光是由同一光矢量分解出来的，因而在光线进行方向的任一点上，向的任一点上，O光和光和e 光有固定的位相差，这样的光就是光有固定的位相差，这样的光就是椭圆偏振光椭圆偏振光。将平面偏振光垂直地射在光轴将平面偏振光垂直地射在光轴平行于折射表面（即晶体表面）平行于折射表面（即晶体表面）的各向异性的晶体板上，即可获的各向异性的晶体板上，即可获得椭圆偏振光或圆偏振光。得椭圆偏振光或圆偏振光。eO光轴光轴d第3页，共17页，编辑于2022年，星期六3M是起偏器，经它可从自然是起偏器，经它可从自然光中获得垂直射向波片光中获得垂直射向波片C的的线偏光。线偏光。波波片片C光光轴轴平平行行于于晶晶体体表表面面，透透振振方方向向与与光光轴轴方方向向之之间间的的夹角夹角 垂直射入波片的线偏光，分解成的垂直射入波片的线偏光，分解成的O光其振动方向垂直于光其振动方向垂直于入射面，垂直光轴；分解成的入射面，垂直光轴；分解成的 e光振动方向平行于入射面，光振动方向平行于入射面，平行于光轴。平行于光轴。入射波片的线偏光的振幅入射波片的线偏光的振幅 第4页，共17页，编辑于2022年，星期六4经过波片后，经过波片后，O光和光和e光的相位差：光的相位差：波片厚度波片厚度d 决定决定O 光、光、e光恒定相位差的大小。因此，光恒定相位差的大小。因此，可用波片来产生椭圆偏振光、圆偏振光或改变入射的偏振可用波片来产生椭圆偏振光、圆偏振光或改变入射的偏振态。态。讨论：讨论：自板出来的两光所合成的光为平面偏振光，并且振自板出来的两光所合成的光为平面偏振光，并且振动方向与原入射光相同。动方向与原入射光相同。1）当）当时时 这相当于无相位延迟，即这相当于无相位延迟，即波长片不改变入射线偏振光波长片不改变入射线偏振光的状态。的状态。OC 第5页，共17页，编辑于2022年，星期六5自板出来的两光所合成的光仍为平面偏振光，不过振动方自板出来的两光所合成的光仍为平面偏振光，不过振动方向相对于原入射光的振动方向转了向相对于原入射光的振动方向转了2。（。（角为入射光角为入射光的振动面与光在晶体内的主截面的夹角）的振动面与光在晶体内的主截面的夹角）当当时时出射光出射光的振动面与原入射光的振动面成的振动面与原入射光的振动面成/2角。角。当当时时 我们把能使我们把能使O 光和光和 e光产生位相差为光产生位相差为 或其奇数倍的晶或其奇数倍的晶体薄板，叫做二分之一波片。简写成体薄板，叫做二分之一波片。简写成/2片。片。2)当当时时 自板出来的两光所合成的光仍为椭圆偏振光。所合成的椭圆自板出来的两光所合成的光仍为椭圆偏振光。所合成的椭圆偏振光，它的长轴和短轴分别同偏振光，它的长轴和短轴分别同O 光和光和 e 光的振动方向重合，光的振动方向重合，椭圆偏振光的长轴和短轴的取向决定于入射光的振动面与光轴椭圆偏振光的长轴和短轴的取向决定于入射光的振动面与光轴的夹角的夹角。第6页，共17页，编辑于2022年，星期六6 我们把能使我们把能使O 光和光和 e光产生位相差为光产生位相差为/2或其奇数倍的晶或其奇数倍的晶体薄板，叫做四分之一波片。简写成体薄板，叫做四分之一波片。简写成/4片。片。长轴和短轴相等，得到圆偏振光长轴和短轴相等，得到圆偏振光。当当时时，3)当当 为为2k，2（k+1），（，（2k+1）/2以外的其它任意以外的其它任意值时，则由值时，则由O 光和光和 e光所合成的光均为椭圆偏振光，不过光所合成的光均为椭圆偏振光，不过椭圆的长、短轴不在平行于或垂直于光轴的方向上。椭圆的长、短轴不在平行于或垂直于光轴的方向上。第7页，共17页，编辑于2022年，星期六7线偏光垂直通过波片后的偏振态线偏光垂直通过波片后的偏振态d 出射光的偏振态出射光的偏振态波长片波长片 任意任意 与入射光偏振态相同与入射光偏振态相同任意任意 00或或900 与入射光偏振态相同与入射光偏振态相同1/2波片波片 出射线偏光振动方向与入射光出射线偏光振动方向与入射光 振动方向对于光轴对称，两者间夹角振动方向对于光轴对称，两者间夹角2 1/4波片波片450 圆偏振光圆偏振光 00或或900 线偏光线偏光 900 450 长短轴之比为长短轴之比为tan 或或Ctan 的正椭圆偏光的正椭圆偏光非波片非波片 00 450非半波片非半波片 900 =450非波片非波片非半波片非半波片非非1/4波片波片椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光第8页，共17页，编辑于2022年，星期六8 偏振态的检验偏振态的检验自然光通过自然光通过1/4波片后，仍然波片后，仍然是自然光。是自然光。电振动方向和电振动方向和 1/4 波片光波片光轴垂直的线偏光，出射的轴垂直的线偏光，出射的偏振态不变。偏振态不变。椭圆偏光通过光椭圆偏光通过光轴与其短轴方位一轴与其短轴方位一致的致的1/4波片后，出波片后，出射线偏光。射线偏光。OCOC第9页，共17页，编辑于2022年，星期六9七种偏振态的检验七种偏振态的检验把检偏器对着被检光旋转一周，若得到把检偏器对着被检光旋转一周，若得到两明两零两明两零 光强不变光强不变 两明两暗两明两暗线线偏偏振振光光在光路中插入在光路中插入1/4波片，波片，再旋转检偏器，若得再旋转检偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/4波片波片,并使光轴与检并使光轴与检得的暗方位相重合得的暗方位相重合,再旋转检偏器再旋转检偏器,若若两明两明两零两零则为则为光强光强不变不变则为则为两明两明两暗两暗则为则为圆圆偏偏光光自自然然光光自加自加然圆然圆光偏光偏 光光椭椭圆圆偏偏光光自加自加然线然线光偏光偏 光光自椭自椭然圆然圆光偏光偏加光加光两明两明两零两零则为则为两明两暗两明两暗但暗程度但暗程度与前不同与前不同则为则为两明两暗两明两暗但暗方位但暗方位与未插入与未插入1/4波片时波片时相同则为相同则为第10页，共17页，编辑于2022年，星期六10 用人工的方法使某些非晶体物质呈现双折射现象。用人工的方法使某些非晶体物质呈现双折射现象。1.光弹效应光弹效应机械应力使非晶体产生双折射现象。机械应力使非晶体产生双折射现象。2.电光效应电光效应-克尔效应克尔效应在电场作用下非晶体显现双折射现象。在电场作用下非晶体显现双折射现象。3.磁光效应磁光效应-法拉第效应法拉第效应在磁场作用下非晶体显现双折射现象。在磁场作用下非晶体显现双折射现象。二、人为双折射二、人为双折射第11页，共17页，编辑于2022年，星期六11 光弹现象光弹现象透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向异性，与上的各向异性，与OO为光轴的双折射类似，这种现象叫为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应。做光弹效应。实验表明，在一定胁强强范围内：实验表明，在一定胁强强范围内：S为材料为材料 E受力的面积。受力的面积。为胁强光学系数为胁强光学系数现已成为光测弹性学基础。现已成为光测弹性学基础。第12页，共17页，编辑于2022年，星期六12 克尔效应克尔效应某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为克尔效应。用下，显示出双折射现象，称为克尔效应。当外电场撤消时，这种性质立即消失，因此，也称为电当外电场撤消时，这种性质立即消失，因此，也称为电致双折射现象。致双折射现象。光轴沿电场强度的方向光轴沿电场强度的方向+-cc两光通过厚度为两光通过厚度为 的液体时，光程差为：的液体时，光程差为：第13页，共17页，编辑于2022年，星期六13若入射光的线偏振方向与外电场方向成若入射光的线偏振方向与外电场方向成450角，且角，且M与与N偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，有：偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，有：若去掉盒内电场，则没有光从若去掉盒内电场，则没有光从N透出。整个系统起透出。整个系统起“光开关光开关”的作用。的作用。通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有惯性，电讯号把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达的控制速度可达10-9 m/s。“光开关光开关”,“光调制器光调制器”“光断光断续器续器”有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在实际应用在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在实际应用中有着广阔的前景。中有着广阔的前景。第14页，共17页，编辑于2022年，星期六14 线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方向将绕着光的传线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方向将绕着光的传播方向旋转过某一角度播方向旋转过某一角度，称为旋光现象。，称为旋光现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。为滤色片；为滤色片；M为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片M与与N之间，之间，将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器 N 旋旋转一个角度，又可得到零视野。转一个角度，又可得到零视野。是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片三、旋光现象三、旋光现象在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。第15页，共17页，编辑于2022年，星期六15实验证明：振动面旋转的角度实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度与材料的厚度d、浓度浓度C 以及入射光的波长以及入射光的波长 有关。有关。对于固体：对于固体：定义定义 为旋光系数，它是入射光波长的函数为旋光系数，它是入射光波长的函数对于液体：对于液体：式中式中C为溶液的浓度。为溶液的浓度。把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播方把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播方向加磁场向加磁场 B，则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过，则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一个角度一个角度 ，实验表明：，实验表明：V叫做费尔德叫做费尔德(Verdet)系数。系数。称为磁致旋光现象称为磁致旋光现象。第16页，共17页，编辑于2022年，星期六16 当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过旋转过2 2，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。右旋右旋左旋左旋反射面反射面第17页，共17页，编辑于2022年，星期六17