24光波在磁光介质中的传播资料.pptx
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1、UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 1 12024/8/11 周日旋旋 光光1石英的旋光现象石英的旋光现象1)旋光现象旋光现象UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 2 2菲涅耳对旋光的定性解释线偏振光可以看作是一对同频率、同幅度的两列反方向旋转的圆偏振光合成的。在晶体中,左旋光、右旋光的折射率不同,因而在晶体中经过一段距离后一列光比另一列相位滞后,导致合成的线偏光振动面旋转。UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 3 3电矢量的旋转左旋圆偏光的折
2、射率左旋圆偏光的折射率nL右旋圆偏光的折射率右旋圆偏光的折射率nR在在t时刻,时刻,z点光的相位比点光的相位比0点处都滞后点处都滞后左旋左旋右旋右旋UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 4 42024/8/11 周日2 2)旋光定义:)旋光定义:线偏振光在石英晶体内部沿光轴方向传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。播时,透过后偏振面被旋转了一个角度。3 3)旋光率:)旋光率:旋光率。:旋光率。4 4)旋光色散:)旋光色散:,旋光率随波长变化。,旋光率随波长变化。不同颜色的线振动面透过晶体后不同颜色的线振动面透过
3、晶体后被旋转的角度不同被旋转的角度不同UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 5 52024/8/11 周日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(磁性物磁性物质)时,其传播特性发生变化,这种现象称为磁光效应。质)时,其传播特性发生变化,这种现象称为磁光效应。磁光效应包括磁光效应包括法拉第旋转法拉第旋转效应、效应、克尔克尔效应、效应、磁双折射磁双折射效应等。其效应等。其中最主要的是中最主要的是法拉第旋转效应法拉第旋转效应,它使一束线偏振光在外加磁场作用下,它使一束线偏振光在外加
4、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 的大小与沿光的大小与沿光束方向的磁场强束方向的磁场强H和光在介质中传播的长度和光在介质中传播的长度L之积成正比,即之积成正比,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。2.4 光波在磁光介质中的传播光波在磁光介质中的传播UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 6 62024/8/11 周日装置、光路装置、光路Faraday
5、 RotatorBrewster dielectric polarizersRotatorUPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 7 72024/8/11 周日在光频波段内,在光频波段内,令令 ,几乎所有的磁光现象都可得到解释。,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引进等效介电系数张量 当磁场反向时,当磁场反向时,的符号也要反号,即的符号也要反号,即:理论分析理论分析UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 8 82024/8/11 周日假设磁场沿假设磁场沿z轴方向,取磁光介质中传播的
6、平面波为轴方向,取磁光介质中传播的平面波为:式中式中lx、ly、lz为光波矢的方向余弦。为光波矢的方向余弦。代入代入菲涅耳方程菲涅耳方程 UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 9 9假设单色平面光波的电位移矢量、电场强度、磁感应强度和磁假设单色平面光波的电位移矢量、电场强度、磁感应强度和磁场强度分别为场强度分别为远离辐射源,无自由电荷,无传导电流时麦克斯韦方程组远离辐射源,无自由电荷,无传导电流时麦克斯韦方程组UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 10102024/8/11 周日将其分别代入麦克
7、斯韦方程将其分别代入麦克斯韦方程(1)、()、(2)、()、(3)和()和(4)式,)式,并结合物质方程可得并结合物质方程可得对于各向异对于各向异性、非铁磁性、非铁磁性介质性介质D、k、H(B)彼此垂直)彼此垂直E、H、S彼此垂直彼此垂直UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 11112024/8/11 周日由上式的后两式联立得由上式的后两式联立得利用公式利用公式可得可得即即UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 12122024/8/11 周日 假设光波在立方晶体或各向同性介质中(假设光波在立方晶
8、体或各向同性介质中()平行于磁化强度)平行于磁化强度M(z)方向()方向(lx=ly=0,lz=1)传播,得)传播,得 由系数行列式为零,得到折射率由系数行列式为零,得到折射率n所满所足的方程所满所足的方程:UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 13132024/8/11 周日可见可见Ez=0,即介质中传播的光波为横波,相应的传播模式为,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:右旋和左旋的两个圆偏振光波:代如代如菲涅耳方程菲涅耳方程 得,得,UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共
9、1717页页 14142024/8/11 周日UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 15152024/8/11 周日因此,沿因此,沿x方向偏振的入射光经过长度为方向偏振的入射光经过长度为L的磁光介质后将偏转的磁光介质后将偏转一个角度一个角度 这就是法拉第旋转现象,这就是法拉第旋转现象,为磁致旋光率。为磁致旋光率。UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 16162024/8/11 周日当磁化强度较弱,当磁化强度较弱,B与与H为线性关系,即为线性关系,即=0为常量。因而旋为常量。因而旋光率光率 与外加
10、磁场强度在成正比与外加磁场强度在成正比,式可写成式可写成:式中式中V称为韦尔德(称为韦尔德(Verdet)常数,它表示在单位磁场强度下)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。UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 17172024/8/11 周日法拉第旋转的特殊规律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)自然旋光物质左右旋与光的传播方向无关UPDOWNBACK2024/8/11 2024/8/11 周日周日 共共1717页页 181
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