2.4 光波在磁光介质中的传播 (1)
已交!2017磁致旋光效应实验讲义 (1) 第11周三 5-8节
法拉第效应实验1845年法拉第（Michal Faraday）发现玻璃在强磁场中具有旋光性，加在玻璃棒上的磁场引起了平行于磁场方向传播的平面偏振光偏振面的旋转，此现象称为法拉第效应。
法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了人们对光本性的研究。
之后费尔德（Verdet）对许多介质的磁致旋光进行了研究，发现法拉第效应在固体、液体和气体中广泛存在。
法拉第效应在许多方面都有应用。
比如，根据结构不同的碳氢化合物其法拉第效应的表现不同来分析碳氢化合物；在测量技术中，利用它弛豫时间短（约10-10秒）的特点，制成磁光效应磁强计，可用来测量脉冲磁场和交变强磁场；在激光通讯、激光雷达技术中，利用法拉第效应可制成光频环行器、磁光调制器等重要器件；特别是在激光技术中，利用法拉第效应，可制成光波隔离器或单通器，这些在激光多级放大技术和高分辨激光光谱技术都是不可缺少的器件。
【实验目的】1.通过实验了解磁致旋光现象的本质，加深对法拉第效应的理解。
2.测量材料的费尔德系数。
3.了解费尔德系数与入射光波长的关系。
【实验原理】1.法拉弟效应法拉弟效应所呈现的磁致旋光现象源于塞曼效应。
介质分子中原来简并的基态或激发态在磁场作用下发生分裂，使左圆与右圆偏振光的共振吸收频率不同，从而使它们的吸收曲线和色散曲线相互错开。
这导致两种效应：一是使介质对一定频率的左圆与右圆偏振光的吸收率不同，产生磁圆二色性；二是使通过介质的平面偏振光的偏振面旋转，产生法拉第效应。
这两种效应总是同时存在的，但磁圆二色性只在吸收峰附近才显示出来，而法拉第效应对所有物质在所有波长都会出现。
实验表明，在磁场不是非常强时，法拉弟效应振动面偏转的角度φ与偏振光在介质中通过的路程l和介质中的磁感应强度在光的传播方向的分量B的乘积成正比，即φ=V⋅l⋅B （1）式中比例系数V与工作介质和光的波长λ有关，反映了介质材料的磁光特性，这个比例系数V 称为磁光介质的费尔德常数。
2.4 光波在磁光介质中的传播
2011-12-25
2.5
光波在磁光介质中的传播
磁光效应是磁光调制的物理基础。 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 磁性 物质） 物质）时，其传播特性发生变化，这种现象称为磁光效应。 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。 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 法拉第旋转效应 效应 效应等 中最主要的是法拉第旋转效应， 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 法拉第旋转效应 的介质中传播时，其偏振方向发生旋转， 的介质中传播时，其偏振方向发生旋转，其旋转角度θ 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 之积成正比 束方向的磁场强 和光在介质中传播的长度L之积成正比，即 和光在介质中传播的长度 之积成正比， (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
由系数行列式为零，得到折射率 所满所足的方程 由系数行列式为零，得到折射率n所满所足的方程 :
2011-1217页 2011-12-25 共17页 8
UP
DOWN
BACK
2011-12-25
n [ε l +ε l +ε l ] − n [(εrxεry −δ )(l + l )
4 2 rx x 2 ry y 2 rz z 2 2 2 x 2 y
+εrz(ε l +ε l ) +εrz(εrx +ε )l ] +εrz(εrxεry −δ ) = 0
2 rx x 2 ry y 2 ry z 2
张永林第二版《光电子技术》课后习题答案
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。
该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。
若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。
32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。
光电子技术基础题库
光电子技术基础题库一．填空题1、光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件，光源器件分为 光源和 光源。
2、某一半导体材料的禁带宽度为3.1 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极限为 纳米。
3、最早的电光源是炭弧光灯，最早的激光器是1960年由美国家的梅曼制作的激光器。
4、当受激辐射大于受激吸收的时候，物质对外表现为光 ，当受激辐射小于受激吸收时候，物质对外表现为光 。
5、激光器的基本结构包括 ， ， 。
6、受激辐射产生的光的特点是： 好， 好， 好。
7、发光的方式很多，但根据余辉的长短可将发光大致分成 和 两类。
8、光电探测器的物理效应可以分为三大类： 、和 。
9、太阳能电池是利用半导体的 原理直接把光能转化为电能的装置。
10、光纤由传导光的 和外层的 两同心圆形的双层结构组成，且12n n 。
外面再包以一次涂覆护套和二次涂覆护套。
11.根据液晶的分子不同可以将其分为 、 和 液晶。
12. 按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为 衍射和 衍射 。
13. 在间接带隙半导体中，电子由价带顶跃迁到导带底时，需要同时吸收或发射 ，以补偿电子准动量的变化。
14.光波在光纤中传播有3种模式，导模（传输模），和。
15. 光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示与频率的关系，虚部表示物质与频率的关系。
16、液晶显示所用的液晶材料是一种兼有和双重性质的物质，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。
17、某一半导体材料的禁带宽度为2.6 电子伏特，则该半导体本征吸收的长波极限为纳米。
18、光纤通光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件，光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等)、和等。
19、受激辐射产生的光的特点是：好，好，好。
20、激光器按工作方式区分可分为和激光器。
21.光电子技术主要研究光与物质中的电子相互作用及其的相关技术，是一门新兴的综合性交叉学科。
不同频率的光在介质中的传播速度
不同频率的光在介质中的传播速度下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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光电子技术复习
光电⼦技术复习第⼀章1、光电⼦技术的定义光电⼦技术是光学技术与电⼦技术结合的产物，是电⼦技术在光频波段的延续和发展。
是研究光（特别是相⼲光）的产⽣、传输、控制和探测的科学技术。
2、电磁波的性质1.电磁波的电场和磁场都垂直于博得传播⽅向，三者相互垂直，电磁波是横波，和传播⽅向构成右⼿螺旋关系。
2.沿给定⽅向传播的电磁波，电场和磁场分别在各⾃平⾯内振动，称为偏振。
3.空间个点磁场电场都做周期性变化，相位同时达到最⼤或最⼩。
4.任意时刻，在空间任意⼀点，H E µε=5.电磁波真空中传播速度为001µε=c ，介质中的为εµ1=v3、⾊温的概念规定两波长处具有与热辐射光源的辐射⽐率相同的⿊体的温度。
4、辐射度学与光度学的基本物理量作业：1、2第⼆章⼀、光波在⼤⽓中的传播1、光波在⼤⽓中传播时，引起的光束能量衰减和光波的振幅和相位起伏因素光波在⼤⽓中传播时，⼤⽓⽓体分⼦及⽓溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空⽓折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏2、⼤⽓分⼦散射的定义、特点；瑞利散射的定义和特点定义：当光线穿过地球周围的⼤⽓时，它的⼀些能量向四⾯⼋⽅反射。
特点：波长较短的光容易被散射，波长较长的光不容易被散射。
瑞利散射定义：在可见光和近红外波段，辐射波长总是远⼤于分⼦的线度，这⼀条件下的散射为瑞利散射。
瑞利散射特点：波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强烈。
所以天空呈蓝⾊。
3、⼤⽓⽓溶胶的定义、瑞利散射、⽶-德拜散射；⼤⽓⽓溶胶：⼤⽓中有⼤量的粒度在0.03 µm到2000 µm之间的固态和液态微粒，它们⼤致是尘埃、烟粒、微⽔滴、盐粒以及有机微⽣物等。
由这些微粒在⼤⽓中的悬浮呈胶溶状态，所以通常⼜称为⼤⽓⽓溶胶。
瑞利散射：散射粒⼦的尺⼨远⼩于光波长时，散射光强。
⽶德拜散射：散射粒⼦的尺⼨⼤于等于光波长时，散射光强对波长的依赖性不强。
⼆、光波在电光晶体中的传播1、电光效应的定义及分类电光效应：在外电场作⽤下，晶体的折射率发⽣变化的现象。
第六章光波在非均匀介质中的传播.
在大多数周期性介质中，只能得到麦克斯韦方程的近似 解。通常采用的近似方法有两种，一种是简正模理论，另一 种是耦合模理论。
1.2 光在周期性介质中传播的简正模理论
对于周期性介质，把介质中光波传播的简正模写成
E (r ) = EK (r )eiK i r H (r ) = H K (r )eiK i r
EK (r ) = EK ( z ) = ∑ A( K − lg )e−il (2π / Λ ) z
l
对于一维周期性介质，介质在x和y方向是均匀的，
ε
与x和y无关，因此电矢量的布洛赫波可简化为
E (r ) = e
i ( K x x + K y y ) iK z z
e
EK ( z )
k × [k × A(k )] + ω 2 μ ∑ ε G A(k − G) = 0
α = 1, 2
相邻单元之间列矢量的关系可由界面处的连续性条件得到。
首先，考虑TE（E垂直于yoz）波的情况。 在界面
ω με 0
ω με 0
可见，禁带宽度与介电张量的傅立叶展开系数值
ε1
成正比。
以上讨论是假定布洛赫波沿着介质介电张量周期性变化的方向 传播的。对于布洛赫波的一般传播方向，色散关系比较复杂，并与 波的偏振态有关。
一般情况下，介电张量的每个展开系数 如果我们假定
εl
都对应一个禁带。
K − lg ≈ K , l = ±1, ±2,... K 2 ≈ ω 2 με 0
⎧n2 0 < z < b n( z ) = ⎨ ⎩ n1 b < z < Λ
式中 Λ 为折射率分布周期，
n( z ) = n( z + Λ)
光波在磁光介质中的传播40页PPT
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
光波在磁光介质中的传播
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
光波在磁光介质中的传播
§2.4光波在磁光介质中的传播
二、磁光效应——非旋光介质的磁致旋光效应 （法拉弟效应）
1 磁光效应规律: 旋转角与光在介质中传播 距离l和磁感强度B成正比:
= l =VB l
注:1)V为维尔得(Verdet)常数，它表示在单位磁感应 强度下线偏振光通过单位长度磁光介质后偏振方向 旋转的角度。单位为rad/mT,与温度、波长有关. [P68表2-5对应的温度T=25oC, =589.3nm]
§2.4光波在磁光介质中的传播
一、天然旋光效应(复习)
线偏振光沿一些晶体或非晶 体传播时其振动面随着传播 距离而转动.
1) 振动面的旋转角与光在旋光介质中传播距 离l 成正比：= l（ 称为旋光率,与光波长有关, 可正可负）
2) 存在左旋和右旋两类旋光介质, 与物质结构 有关. (>0时, >0 ,表示迎着光看,振动面的逆时针 旋转,称为左旋)
若磁场由螺线管电流产生，则旋光方向总是和 螺线绕向一致。
§2.4光波在磁光介质中的传播
2 磁光效应与天然旋光效应的区别：
磁光效应旋转方向由磁场方向决定，而天然 旋光效应旋转方向由介质性质决定。
磁场方向不变时，光往返两次通过介质, 磁光 偏转角加倍（增强法拉第效应）,而天然旋光效应 的往返总偏转角为零.
§2.4光波在磁光介质中的传播
二、磁光效应——非旋光介质的磁致旋光效应 （法拉弟效应）
1 磁光效应规律: 旋转角与光在介质中传播 距离l和磁感强度B成正比:
= l =VB l
注: 2)磁致旋光方向和磁场的方向有关。
磁场方向与光传播方向相同时, V>0, 为左旋； 磁场方向与光传播方向相反时，V<0, 为右旋。
光学工程 光波在声光晶体中的传播
2.4 光波在声光晶体中的传播声波在介质中传播时，使介质产生弹性形变，引起介质的密度呈疏密相间的交替分布，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。
这如同一个光学“相位光栅”，光栅常数等于声波长λs 。
当光波通过此介质时，会产生光的衍射。
衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。
1. 相位栅类型超声行波的瞬时相位栅如图1所示。
由于声速仅为光速的数十万分之一，所以对光波来说，运动的“声光栅”可以看作是静止的。
设声波的角频率为ωs ，波矢为s k，则沿x 方向介质的折射率变化为)cos(),(x k t n t x n s s -∆=∆ω (2.4-1)介质折射率分布为)cos(21)cos(),(3000x k t PS n n x k t n n t x n s s s s --=-∆+=ωω (2.4-2) S 为超声波引起介质产生的应变；P 为材料的弹光系数。
超声驻波形成的折射率变化为x k t n t x n s s sin sin 2),(ω∆=∆ (2.4-3)若超声频率为f s ，那么光栅出现和消失的次数则为2f s ，因而光波通过该介质后所得到的调制光的调制频率将为声频率的两倍。
图1 超声行波在介质中的传播 图2 超声驻波2. 声光衍射按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。
(1)拉曼-纳斯衍射产生拉曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L 较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。
当光波平行通过介质时，几乎不通过声波面，因此只受到相位调制。
即通过光密部分的光波波阵面将延迟，而通过光疏部分的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凸凹现象，变成一个折皱曲面，如图3所示。
由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，这就是拉曼-纳斯衍射的特点。
电子技术基础知识练习题与答案
电子技术基础知识练习题与答案电子技术基础知识练习题与答案电子技术是根据电子学的原理，运用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
下面跟着小编来看看电子技术基础知识练习题与答案吧！希望对你有所帮助。
一、基础知识。
1.按照调制方式分类，光调制可以分为：强度调制、相位调制、波长调制、频率调制、偏振调制。
2.半导体激光器发光是由能带之间的电子空穴对复合产生的。
3.激励过程是使半导体中的载流子过程从平衡态激发到非平衡态。
4.固体激光器是以固体为工作物质的激光器，也就是以掺杂的离子型绝缘晶体和玻璃为工作物质。
5.光纤传感器中常用的光电探测器：光电二极管、光电倍增管、光敏电阻。
6.红外探测器的响应波长范围参数指探测器电压响应率与入射的红外波长之间的关系。
7.光子探测原理是指利用半导体在入射光的照射下产生光子效应。
8.利用温差电势制成的红外探测器称为热电偶。
9.红外辐射在大气中传播时由于大气中水分子、蒸汽等吸收和散射使辐射在传播过程中衰减。
10.当红外辐射照在热敏电阻上时，使温度上升，内部粒子无规则运动加剧，自由电子数随温度而上升，所以电阻会减小。
11.辐射出射度：辐射体单位面积向半空间发出的辐射通量。
12.光电磁是利用光生伏特效应将光能变成电能。
13.任何物质只要温度高于0K就会向外辐射能量。
14.红外无损检测是通过测量热流或热量来检测。
15.内光电探测器可分为光电导、光伏特、光电磁三种探测器。
16.红外探测器的性能参数：电压响应率、噪声等效功率、时间常数。
17.光束扫描根据其应用的目的可分为模拟扫描和数字扫描。
模拟扫描用于显示，数字扫描用于光存储。
18.固体摄像器件主要有：CCD、CMOS、CID。
19.声光相互作用分为：拉曼—纳斯衍射和布喇格衍射。
20.磁光效应：外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象。
D的基本功能：电荷存储、电荷转移。
按结构分为线阵CCD和面阵CCD。
(完整版)物理光学-第一章习题与答案
物理光学习题 第一章 波动光学通论一、填空题（每空2分）1、．一光波在介电常数为ε，磁导率为μ的介质中传播，则光波的速度v= 。
【εμ1=v 】2、一束自然光以 入射到介质的分界面上，反射光只有S 波方向有振动。
【布儒斯特角】3、一个平面电磁波波振动表示为 E x =E z =0, E y =cos[⎪⎭⎫⎝⎛-⨯t c x 13102π], 则电磁波的传播方向 。
电矢量的振动方向 【x 轴方向 y 轴方向】4、在光的电磁理论中，S 波和P 波的偏振态为 ，S 波的振动方向为 ， 【线偏振光波 S 波的振动方向垂直于入射面】5、一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片的透振方向夹角为45°，则通过两偏振片后的光强为 。
【I 0/4】6、真空中波长为λ0、光速为c 的光波，进入折射率为n 的介质时，光波的时间频率和波长分别为 和 。
【c/λ0 λ0 /n 】7、证明光驻波的存在的维纳实验同时还证明了在感光作用中起主要作用是 。
【电场E 】8、频率相同，振动方向互相垂直两列光波叠加，相位差满足 条件时，合成波为线偏振光波。
【0 或Π】9、会聚球面波的函数表达式 。
【ikre rA r E -)(=】 10、一束光波正入射到折射率为1.5的玻璃的表面，则S 波的反射系数为 ，P 波透射系数： 。
【-0.2 0.2 】11、一束自然光垂直入射到两透光轴夹角为θ的偏振片P 1和P 2上，P 1在前，P 2在后，旋转P 2一周，出现 次消光，且消光位置的θ为 。
【2 Π/2】12、当光波从光疏介质入射到光密介质时，正入射的反射光波 半波损失。
（填有或者无） 【有】13、对于部分偏振光分析时，偏振度计算公式为 。
（利用正交模型表示） 【xy x y I I I I P +-=】二、选择题（每题2分）1．当光波从光密介质入射到光疏介质时，入射角为θ1，布儒斯特角为θB ，临界角为θC ，下列正确的是 （ ）A ．0<θ1<θB , S 分量的反射系数r S 有π位相突变 B ．0<θ1<θB , P 分量的反射系数r P 有π位相突变C ．θB <θ1<θC , S 分量的反射系数r S 有π位相突变D ．θB <θ1<θC , P 分量的反射系数r P 有π位相突变 【B 】2．下面哪种情况产生驻波 （ ） A ．两个频率相同，振动方向相同，传播方向相同的单色光波叠加 B ．两个频率相同，振动方向互相垂直，传播方向相反的单色光波叠加 C ．两个频率相同，振动方向相同，传播方向相反的单色光波叠加 D ．两个频率相同，振动方向互相垂直，传播方向相同的单色光波叠加 【C 】3．平面电磁波的传播方向为k ，电矢量为E ，磁矢量为B, 三者之间的关系下列描述正确的是 （ ） A ．k 垂直于E ， k 平行于B B ．E 垂直于B ， E 平行于k C ．k 垂直于E ， B 垂直于k D ．以上描述都不对 【C 】4、由两个正交分量]cos[0wt kz A x E x -= 和]87cos[0π+-=wt kz A y E y表示的光波，其偏振态是（ ）A 线偏振光B 右旋圆偏振光C 左旋圆偏振光D 右旋椭圆偏振光 【D 】5、一列光波的复振幅表示为ikre rA r E =)(形式，这是一列（ ）波 A 发散球面波 B 会聚球面波 C 平面波 D 柱面波 【A 】6、两列频率相同、振动方向相同、传播方向相同的光波叠加会出现现象（ ） A 驻波现象 B 光学拍现象 C 干涉现象 D 偏振现象 【C 】7、光波的能流密度S 正比于（ ）A E 或HB E 2或H 2C E 2，和H 无关D H 2，和E 无关 【B 】8、频率相同，振动方向互相垂直两列光波叠加，相位差满足（ ）条件时，合成波为二、四象限线偏振光波。
第2章24偏振光与应用
四、日常生活中
1、汽车夜间行驶： 驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，
而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面 成45度角，那么，司机从前窗只能看到自己的车灯发 出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间 行驶时，不熄灯，也不减速，也可以保证安全行车。 2、在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物 的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。 由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基 本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射 竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分散射光。 3、观看立体电影——特制眼镜
应用的场合比较： 部分偏振光问题时，用穆勒矩阵法； 偏振光发生干涉效应，选用琼斯矩阵法。 多光束问题中， 如果光束之间表现为强度相加，则宜采用穆勒矩阵法； 如果光束之间表现为相干．则宜采用琼斯矩阵法。
2.4.3 Jones矩阵与Mueller矩阵
以偏振器件(能够产生线偏振光的元件)为例： 设有一沿z方向传输的线偏振光，其偏振
三、Stockes矢量法
入射光通过若干偏振元件情况
引入穆勒矩阵（Mueller matrix） 44
四、Poincare球
①赤道上任一点代表不同振动方向的线偏振光； ②球的北极 (x /4) 表示右旋圆偏振；南极 (x /4)表示左旋圆偏振。 ③北半球上的每个点表示右旋椭圆偏振形式，南 半球上的每个点表示左旋椭圆偏振形式，椭圆相 应的方位角和椭圆度分别为该点经度和纬度值的 一半。因此， const 所有点表示所有方位角相
方向平行于x轴，垂直入射到偏振器表面， 该偏振器保持入射线偏振态不变情况下的最 大透过系数为tx，称此时偏振器的方向为x方 向；相应条件下的最小透过系数为ty，则偏 振器的待性可用这两正交方向(x，y)上的透 过系数来表示。
光波在磁光介质中的传播资料教学课件
目录
• 光波与磁光介质简介 • 光波在磁光介质中的传播特性 • 磁光介质的物理特性 • 光波在磁光介质中的传播实验 • 光波在磁光介质中的传播应用 • 未来展望与研究方向
01
光波与磁光介质简介
光波的基本特性
01
02
03
波动性
光波是一种波动现象，具 有振幅、频率、相位等波 动特性。
2. 安装磁光介质
将磁光介质（如YIG薄片）放置在实验台上，确保其稳定 。
3. 设置磁场源
调整磁场源，使其能在磁光介质上施加所需强度的磁场 。
4. 光波入射
使用激光器发出单色光波，通过偏振器后射入磁光介质 。
5. 观测与记录
通过光学仪器观测光波在磁光介质中的传播行为，使用 示波器或摄像机记录实验结果。
用磁光介质。
磁光介质的热稳定性
热稳定性定义
热稳定性是指磁光介质在温度变化时，其磁光性能的稳定程度。
影响因素
影响磁光介质热稳定性的因素包括介质的种类、制备方法和外部环 境等。
热稳定性评价
评价磁光介质的热稳定性时，可以采用温度循环测试、高温测试和热 稳定性系数等方法，以确定介质在不同温度下的性能表现。
研究磁场控制技术，以更有效地调控磁光介质的 磁光效应。
探索新型磁光介质材料
新材料发现与合成
通过合成新的磁光介质材料，探索具有优异磁光性能的新型材料 。
材料性能优化
研究材料的物理和化学性质，优化材料的磁光性能。
材料应用研究
研究新型磁光介质材料在光学器件、信息处理等领域的应用前景。
拓展磁光效应的应用领域
6. 清理与整理
实验结束后，清理实验台，整理并归位设备与材料。
磁光效应实验说明
物质 水 二硫化碳 轻火石玻璃 重火石玻璃 冕玻璃 石英 磷素
（mm）
589.3 589.3 589.3 830.0 632.8 632.8 589.3
V 1.31 102 4.17 102 3.17 102 8 102～10 102 4.36 102～7.27 102 4.83 102 12.3 102
（5.16.17）
对比无磁场时的色散公式
n
2
1
Ne
2 2
/ m0
2
0
（5.16.18）
可以看到两点：一是在外磁场的作用下，电子做受迫振动，振子的固有频率由0 变成0〒L，这正对应于 吸收光谱的塞曼效应； 二是由于0 的变化导致了折射率的变化， 并且左旋和右旋圆偏振的变化是不相同的， 尤其在 接近0 时，差别更为突出，这便是法拉第效应。由此看来，法拉第效应和吸收光谱的塞曼效应是 起源于同一物理过程。 实际上，通常 nL、nR 和 n 相差甚微，近似有
( 0 ) x i ( 0 ) y i2 Nhomakorabea 2 2
e m e m
By
e m e m
Ex
（5.16.8） （5.16.9）
Bx
Ey
将式（5.16.9）乘 i 并与式（5.16.8）相加可得
( 0 )( x iy )
2 2
e m
B ( x iy )
11
nR
2
1
Ne
2
/ m0
2 2
( 0 L )
（5.16.16）
式中L=c/2=(e/2m)B,为电子轨道磁矩在外磁场中经典拉莫尔（Larmor）进动频率。 若入射光改为左旋圆偏振光，结果只是使L 前的符号改变，即有
电气设备磁光效应应用考核试卷
B.平方关系
C.指数关系
D.无关
8.磁光效应中，偏振光通过磁光介质时，若磁场方向与光传播方向垂直，这种现象称为（）。
A.法拉第效应
B.克尔效应
C.塞曼效应
D.斯托克斯效应
9.在磁光存储器中，利用磁光效应读取数据时，主要是通过检测（）来实现。
A.光的相位变化
B.光的偏振状态变化
C.光的强度变化
13. ABC
14. ABC
15. BC
16. AB
17. ABC
18. ABC
19. ABC
20. ABC
三、填空题
1.磁场强度
2.磁光晶体
3.磁场方向
4.偏振状态
5.旋光性
6.磁场梯度
7.磁场强度
8.磁场强度
9.热磁写入
10.均匀性
四、判断题
1. √
2. ×
3. √
4. √
5. ×
6. ×
7. √
C.光热写入
D.电子束写入
14.磁光效应实验中，为了提高旋光角度的测量精度，需要考虑以下哪些因素？（）
A.光源的单色性
B.介质的均匀性
C.磁场的稳定性
D.环境的振动
15.以下哪些材料具有较大的磁光系数？（）
A.玻璃
B.水晶
C.铁磁性材料
D.非磁性材料
16.磁光效应在光学隔离器中的应用主要是利用了以下哪些原理？（）
C.塞曼效应
D.斯托克斯效应
16.在磁光效应实验中，要观察到明显的法拉第旋光现象，需要磁光介质的厚度（）。
A.越大越好
B.越小越好
C.与磁场强度有关
D.与光波长有关
17.下列哪种因素会影响磁光效应的旋光角度？（）
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2016/8/7
对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由旋光物质本身决定的，与光 的传播方向无关 入射光 左旋
反射镜
反射光
左旋
反射镜
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5
对磁致旋光物质，因加了一定方向的磁场，光沿逆向传播，振动面旋向 相反
左旋 入射光 反射镜
当一束线偏振光通过时，分解为两个频率相同、初相位相同的两个圆偏
振光，一个电矢量是顺时针旋转（右旋），另一个是逆时针旋转（左旋）， 而且分别以 +＝c/nR和 -＝c/nL传播，当通过长L后产生的相位延迟分别为:
从而总相位差
1 2
2
(nR nL ) L
(2)
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2016/8/7
4 磁光效应（Magneto-optical effect）
• 旋光效应：当线偏振光沿光轴通过晶体后，偏振方向可以发生旋转。一般
的旋光晶体为弱磁材料，具有双折射和互易的旋光特性。
• 磁光效应：对于强磁材料或处于强磁场作用下的弱磁材料，其透射光以及 反射光会产生与材料的磁化强度或外加磁场强度相关的非互易的光学效应。
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2016/8/7
2、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 :
E (r , t ) E exp[i (t k r )] E{i[t k0 n(l x x l y y l z z )]}
式中lx、ly、lz为光波矢的方向余弦。
右旋 反射光
反射镜
B
B
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6
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
•
已知的磁光效应包括：Farady效应、Kerr效应、Zeeman效应、Voigt效应、
Cotton-Mouton效应（后二者也称为磁致双折射效应）
•
非互易：Farady旋转角θF和Kerr旋转角θ′F等表征磁光效应的参数都是磁场(H、 M）的线性函数，当磁场反向时， θF和θ′F都要改变符号。即光偏振面转动 方向仅由磁场H的方向决定，与光的传播方向与磁场同向还是反向无关。角 度叠加效应
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2016/8/7
法拉第1845年发现旋光效应；
克尔1875年发现电克效应和1876年发现克尔磁光效应； 荷兰物理学家塞曼于1896年发现的又一个磁光效应； 法拉第旋光效应和克尔效应的发现在当时引起了众多物理学家的兴趣。 1862年法拉第出于“磁力和光波彼此有联系”的信念，试图探测磁场对 钠黄光的作用，但因仪器精度欠佳未果。
ˆr E ] 0 代入菲涅耳方程 n [ E l (l E )
2
由系数行列式为零，得到折射率n所满所足的方程 :
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2016/8/7
2、理论分析
n [ l l l ] n [( rx ry )(l l )
法拉第旋转器的应用
1、磁光开关与磁光调制器（点调制与空间调制）
2、 磁光光盘：光信息存储
3、隔离器：在光通信和级联式激光器系统中用以隔离后续系统反馈的光信号
4、偏频器：零锁区激光陀螺中通过产生偏频来消除激光陀螺的闭锁现象
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2016/8/7
3、法拉第旋转的特殊规律
2、就第1题中的线偏振光，如果其传播方向与磁光介质的磁化强度方向 存在150的夹角，则该偏振光的偏振面将会旋转了多少。
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2016/8/7
角的一半，即
A
A’
= /2＝ （nR – nL）L/
(3)
AL’
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
z
AR
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2016/8/7
3、法拉第旋转的特殊规律
当通过磁光介质时，只要磁场方向不变，旋转角都朝一个方向增加，此现 象表明磁致旋光效应是一个不可逆的光学过程，因而可利用来制成光学隔离器 或单通光闸等器件。
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2016/8/7
3、法拉第旋转的特殊规律
当合成为一线偏振光时，其偏振方向将旋转了一个角度。
若将振幅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
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2016/8/7
电磁波
• 1832年电磁波的概念：“我认为，磁力从磁极出发的传播类似于起波
纹的水面的振动或者空气粒子的声振动。”
• 1845年发现磁的旋光效应（法拉第效应） • 1846年提出光的本性是电力线和磁力线的振动 • 一生对科学一往情深，对金钱和地位不屑一顾。 • 热爱科普事业，1860年，69岁的法拉弟以《蜡烛的化学故事》为题做 了六次“圣诞科学讲座” • 英俄交战时期，拒绝了政府研制毒气的要求
由于外加磁场的作用， 使E x , E y二者之间产生了额外 的相位差。E y 超前（或落后） E x相位 / 2。
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2016/8/7
2、理论分析
2 E exp( i nz) x 0 E i exp(i 2 nz) exp(i 2 nz ) y 0 0 2
（1）自然旋光物质左右旋与光的传播方向无关
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2016/8/7
3、法拉第旋转的特殊规律
（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。
（3）光束一正一反两次通过磁光介质时，振动面转过角度
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。
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2016/8/7
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
光束在磁光介质中的传播
主讲：周自刚
助教：范宗学
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旋光现象
1）旋光现象
冰洲石晶体无旋光现象
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2016/8/7
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
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2016/8/7
课后作业
1、一束波长为0.6328μm线偏振光经过长为20cm，半径为0.5cm的实心玻 璃时，若用6V恒定电源时，加在玻璃其外绕200匝导线（有效电阻为3Ω）后 ，则该偏振光的偏振面将旋转了多少（若韦尔代常数为0.2510-5 /cmT）。
F Vd ( H M ) L
γ：磁光系数 在没有发生磁饱和的情况下 H<< γ M
F Vd ML
外加磁场很强，导致磁化饱和
M →Ms, θF趋向饱和
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2016/8/7
6 Kerr效应
• 反射效应：在磁光晶体表面反射时，反射光相对于入射光产生非互易 性旋转，如线偏振光可由Kerr效应成为椭圆偏振反射光。 • 入射光与磁场方向的关系可分：极向、纵向和横向Kerr效应
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2016/8/7
法拉第
英国物理学家 （1791－1867）
• 1812年，得到戴维的赏识，到了实验室当一名刷瓶子工人。次年成 为戴维的助手。游历欧洲。 • 在电化学方面显示出卓越的实验才能，1824年选为皇家学会会员。
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转了一个角度。
3）旋光率：
d
：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
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2016/8/7
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。
的磁场强度H和光在介质中传播的长度L之积成正比，即
＝VHL
长度的磁光介质后偏振方向旋转的角度。
(1)
V称为韦尔代(verdet)常数，表示在单位磁场强度下线偏振光通过单位
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2016/8/7
1、法拉第旋转装置
布鲁斯特介质偏振片
旋转体
实物装置 简化原理
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光隔离器，环行器。
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2016/8/7
5 Farady旋转效应
• 透射效应，光传播方向与磁 场方向一致。 • 对于顺磁和抗磁介质（弱磁 介质） 其中Vd>0，右旋介质，Vd<0，左 旋介质。 • 对于铁磁或亚铁磁介质（强 磁介质）