2021-2022学年高二物理竞赛课件：电光效应.pptx

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1、电光效应2电光效应电光效应（electro optic effect）电光效应电光效应也叫也叫电致双折射效应。电致双折射效应。1、克尔效应、克尔效应（kerr effect）（1875年）年）45 P2盒内充某种液体，如硝基苯（盒内充某种液体，如硝基苯（C6H5NO2）l+-克尔盒克尔盒dP145 l不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性P2不透光；不透光；l加电场加电场液体呈单轴晶体性质，液体呈单轴晶体性质，光轴平行电场强度光轴平行电场强度 P2透光。透光。3各处各处 不同不同各处各处 不同不同出现干涉条纹，出现干涉条纹，【演示演示】模模型型的的光光弹弹图图象象吊吊钩钩的的光光弹弹图图象象

2、 变变 变变干涉情况变。干涉情况变。应力双折射应力双折射4 二次电光效应二次电光效应k 克尔常数，克尔常数，U 电压电压克尔效应引起的相位差为：克尔效应引起的相位差为：当当硝基苯硝基苯，若若 l=3cm，d=0.8cm，对对 =600nm的黄光，的黄光，时，时，克尔盒相当半波片，克尔盒相当半波片，P2透光最强透光最强。时的电压时的电压 k=5可作为可作为光开关光开关（响应时间（响应时间 10 9s），），克尔盒的应用：克尔盒的应用：克尔盒的缺点：克尔盒的缺点：和加数万伏的高电压，和加数万伏的高电压，用于高速摄影、用于高速摄影、激光通讯、激光通讯、光速测距、光速测距、脉冲激光系统（作为脉冲激光系

3、统（作为Q开关）开关）硝基苯有毒，硝基苯有毒，需要极高的纯度需要极高的纯度故现在很少用。故现在很少用。易爆炸，易爆炸，6泡克尔斯效应泡克尔斯效应（pockels effect）（1893年）年）。电光晶体电光晶体+。-P1P2KK 泡克尔斯盒泡克尔斯盒光传播方向与电场平行，光传播方向与电场平行，电极电极K和和 K透明，透明，晶体是单轴晶体，晶体是单轴晶体，不加电场不加电场 P2 不透光。不透光。加电场加电场晶体变双轴晶体晶体变双轴晶体了双折射效应了双折射效应原光轴方向附加原光轴方向附加 P2 透光。透光。光轴沿光轴沿光传播方向。光传播方向。KH2PO4（KDP）、）、NH4H2PO4（ADP）

4、等等7no o光在晶体中的折射率；光在晶体中的折射率；泡克尔斯效应引起的相位差：泡克尔斯效应引起的相位差：线性电光效应线性电光效应r 电光常数；电光常数；时，时，P2透光最强。透光最强。KH2PO4（KDP）、）、NH4H2PO4（ADP）等等 对对 =546nm的绿光，的绿光，如如KDP no=1.51，U 电压。电压。激光调激光调Q，超高速开关（响应时间小于超高速开关（响应时间小于10 9s），），数据处理数据处理显示技术，显示技术，应用：应用：单晶都具有线性电光效应。单晶都具有线性电光效应。8子弹射穿苹果的瞬间（高速摄影）子弹射穿苹果的瞬间（高速摄影）9磁致双折射磁致双折射科顿科顿 穆顿

5、穆顿（Cotton-Mouton）效应：效应：某些透明液体在磁场某些透明液体在磁场H作用下变为各向异性，作用下变为各向异性，HC 二次效应二次效应需要很强的磁场才能观察到。需要很强的磁场才能观察到。性质类似于单轴晶体，光轴平行磁场。性质类似于单轴晶体，光轴平行磁场。10旋光现象旋光现象物质的旋光性物质的旋光性（optical activity）除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的 旋光物质旋光物质 a 旋光率旋光率 l1811年，法国物理学家年，法国物理学家阿喇果阿喇果（Arago）其振动面能发生旋转，其振动面能发生旋转，发现，发现，线偏振光沿光轴方向通过石

6、英晶体时，线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时，这称为这称为旋光现象。旋光现象。光轴光轴水溶液等也都具有水溶液等也都具有旋光性。旋光性。11菲涅耳对旋光性的解释菲涅耳对旋光性的解释 线偏振光可看作是同频率、等振幅、有确定线偏振光可看作是同频率、等振幅、有确定相位差的左相位差的左(L)、右、右(R)旋圆偏振光的合成。旋圆偏振光的合成。实验表明，旋光率实验表明，旋光率 a 与旋光物质和入射波长与旋光物质和入射波长有关，有关，对于溶液，还和旋光物质的浓度有关。对于溶液，还和旋光物质的浓度有关。石英对石英对 =589nm的黄光，的黄光，a=21.75/mm；而对而对 =408nm的紫光，的紫光，a=48.

7、9/mm。同一种物质也可以有同一种物质也可以有左旋体左旋体和和右旋体，右旋体，物质的旋光性是和物质原子排列结构有关的，物质的旋光性是和物质原子排列结构有关的，原子排列互为镜像对称，原子排列互为镜像对称，它们的它们的称为称为同分异构体。同分异构体。12 光通过旋光物质后，位相光通过旋光物质后，位相EELERO 在出射面上：在出射面上：设入射时设入射时L、R位相为位相为0，旋光物质长为旋光物质长为l，同一时刻同一时刻光通过光通过左旋左旋物质物质此物质为此物质为左旋体左旋体(vLvR)位相位相位相位相要滞后。要滞后。ELERE入射面入射面(a)出射面出射面(b)ELERE R L 13由图示：由图示

8、：令令 旋光率旋光率则则(a)(b)d出射面出射面(b)ELERE R L ELERE入射面入射面(a)这既解释了旋光现象，这既解释了旋光现象，与物质（由与物质（由nR和和nL反映）反映）和入射波长有关。和入射波长有关。又说明了旋光率又说明了旋光率a14RRRLL 如图示，用右旋型（如图示，用右旋型（R）和左旋型（）和左旋型（L）石英）石英证实了自己的假设。证实了自己的假设。菲涅耳进行了如下实验，菲涅耳进行了如下实验，棱镜交替胶合成多级组合棱镜。棱镜交替胶合成多级组合棱镜。光从光从 R 进入进入 L 时，左旋光速度由小变大，时，左旋光速度由小变大，RL右旋光速度由大变小，将靠近界面法线折射。右旋光速度由大变小，将靠近界面法线折射。光密媒质光密媒质光疏媒质，光将远离界面法线折射。光疏媒质，光将远离界面法线折射。各界面继续使左右旋圆偏振光分开的角度放大，各界面继续使左右旋圆偏振光分开的角度放大，射出棱镜时就成了两束分开的圆偏振光。射出棱镜时就成了两束分开的圆偏振光。从从