第08章 光学信号的调制E 磁光调制 2018.12.26
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法拉第光隔离器应用示意图
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天然旋光效应与磁光效应的本质区别 • 光束返回通过天然旋光介质时，旋转角度 与正向入射时相反，因而往返通过介质的 总效果是偏转角为零； • 而磁致旋光方向与磁场方向有关，而与光 的传播方向无关，因而光往返通过法拉第 旋光物质时，偏转角度增加一倍。 旋转角
后来，维尔德(Verdet)对法拉第效应进行了仔细的研
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1846年，法拉第发现，在磁场的作用下，本来不具有旋
光性的介质也产生了旋光性，能够使线偏振光的振动面发生
旋转，这就是法拉第效应。
将一根玻璃棒的两端抛光，放进螺线管的磁场
中，再加上起偏器P1和检偏器P2,让光束通过起偏器后顺着
磁场方向通过玻璃棒，光矢量的方向就会旋转，旋转的角度
可以用检偏器测量。
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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：
θ =VBl
式中，V是与物质性质有关的常数，叫维尔德常数。 一些常用物质的维尔德常数列于表 8-1。
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表 8-1 几种物质的维尔德常数
(用λ=0.5893μm的偏振光照明) 物 质 磷冕玻璃 轻火石玻璃 水晶(垂直光轴) 食盐 水 磷 二硫化碳 温 度 /° C 18 18 20 16 20 33 20 V/［弧度/(特· 米 )］ 4.86 9.22 4.83 10.44 3.81 38.57 12.30
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这种器件的结构示意图如图所示，让偏振 片P1与P2的透振方向成 45°角，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°，于是，刚好能通过P2 ；但 对于从后面光学系统(例如激光放大器 2 等)各界面反射回来的光，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。
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旋光现象
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实验还发现，不同旋光介质光振动矢量的旋转方向可能不
同，并因此将旋光介质分为左旋和右旋。当对着光线观察时， 使光振动矢量顺时针旋转的介质叫右旋光介质，逆时针旋转的
介质叫左旋光介质。自然界存在的石英晶体既有右旋的，也有 左旋的，它们的旋光本领在数值上相等，但方向相反。之所以 有这种左、右旋之分，是由于其结构不同造成的，右旋石英与 左旋石英的分子组成相同，都是SiO2，但分子的排列结构是镜 像对称的，反映在晶体外形上即是镜像对称。
传播，迎着光线看，振动面向右旋转角度θ ，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 向左旋转角度θ ，所以光束沿原路返回，一来一去两次通过 磁光介质，振动面与初始位置相比，转过了角度 2θ 。
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由于法拉第效应的这种不可逆性，使得它在光电子技术 中有着重要的应用。例如，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产生干扰，可以利用法拉第效 应制成 光隔离器 ，只允许光从一个方向通过，而不允许 反向通过。
磁光调制
旋光现象
1811 年, 阿喇果(Arago)在研究石英晶体的双折射特性
时发现：一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，
其振动平面会相对原方向转过一个角度，如图所示。由 于石英晶体是单轴晶体，光沿着光轴方向传播不会发生
双折射，因而阿喇果发现的现象应属另外一种新现象，
这就是旋光现象 ( 当线偏振光沿光轴方向通过某些天然 介质时，偏振面旋转的现象称为天然旋光，简称旋光现 象 ) 。稍后，比奥 (Biot) 在一些蒸汽和液态物质中也观 察到了同样的旋光现象。
线性磁光调制器结构示意图
实验表明，法拉第效应的旋光方向决定于外加磁场方 向，与光的传播方向无关，即法拉第效应具有不可逆性，这 与具有可逆性的自然旋光效应不同。例如，线偏振光通过天 然右旋介质时，迎着光看去，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。但线偏振光通过磁光介质时，如果沿磁场方向
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石英晶体的旋光色散
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对于具有旋光特性的溶液，光振动方向旋转的角度还与
溶液的浓度成正比，
θ =α cl
式中,α 称为溶液的比旋光率；c为溶液浓度。在实际应 用中,可以根据光振动方向转过的角度,确定该溶液的浓度。
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wenku.baidu.com
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实验证明，一定波长的线偏振光通过旋光介质时，光振 动方向转过的角度θ 与在该介质中通过的距离l成正比，
θ =α l
波长、介质的性质及温度有关。
比例系数α 表征了该介质的旋光本领，称为旋光率，它与光
介质的旋光本领因波长而异的现象称为旋光色散，石英
晶体的旋光率α 随光波长的变化规律如图所示。
例如，石英晶体的α 在光波长为 0.4μ m时，为49°/mm； 在0.5μ m时，为31°/mm；在0.65 μ m时，为16°/mm
法拉第光隔离器应用示意图
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天然旋光效应与磁光效应的本质区别 • 光束返回通过天然旋光介质时，旋转角度 与正向入射时相反，因而往返通过介质的 总效果是偏转角为零； • 而磁致旋光方向与磁场方向有关，而与光 的传播方向无关，因而光往返通过法拉第 旋光物质时，偏转角度增加一倍。 旋转角
后来，维尔德(Verdet)对法拉第效应进行了仔细的研
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1846年，法拉第发现，在磁场的作用下，本来不具有旋
光性的介质也产生了旋光性，能够使线偏振光的振动面发生
旋转，这就是法拉第效应。
将一根玻璃棒的两端抛光，放进螺线管的磁场
中，再加上起偏器P1和检偏器P2,让光束通过起偏器后顺着
磁场方向通过玻璃棒，光矢量的方向就会旋转，旋转的角度
可以用检偏器测量。
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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：
θ =VBl
式中，V是与物质性质有关的常数，叫维尔德常数。 一些常用物质的维尔德常数列于表 8-1。
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表 8-1 几种物质的维尔德常数
(用λ=0.5893μm的偏振光照明) 物 质 磷冕玻璃 轻火石玻璃 水晶(垂直光轴) 食盐 水 磷 二硫化碳 温 度 /° C 18 18 20 16 20 33 20 V/［弧度/(特· 米 )］ 4.86 9.22 4.83 10.44 3.81 38.57 12.30
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这种器件的结构示意图如图所示，让偏振 片P1与P2的透振方向成 45°角，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°，于是，刚好能通过P2 ；但 对于从后面光学系统(例如激光放大器 2 等)各界面反射回来的光，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。
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旋光现象
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实验还发现，不同旋光介质光振动矢量的旋转方向可能不
同，并因此将旋光介质分为左旋和右旋。当对着光线观察时， 使光振动矢量顺时针旋转的介质叫右旋光介质，逆时针旋转的
介质叫左旋光介质。自然界存在的石英晶体既有右旋的，也有 左旋的，它们的旋光本领在数值上相等，但方向相反。之所以 有这种左、右旋之分，是由于其结构不同造成的，右旋石英与 左旋石英的分子组成相同，都是SiO2，但分子的排列结构是镜 像对称的，反映在晶体外形上即是镜像对称。
传播，迎着光线看，振动面向右旋转角度θ ，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 向左旋转角度θ ，所以光束沿原路返回，一来一去两次通过 磁光介质，振动面与初始位置相比，转过了角度 2θ 。
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由于法拉第效应的这种不可逆性，使得它在光电子技术 中有着重要的应用。例如，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产生干扰，可以利用法拉第效 应制成 光隔离器 ，只允许光从一个方向通过，而不允许 反向通过。
磁光调制
旋光现象
1811 年, 阿喇果(Arago)在研究石英晶体的双折射特性
时发现：一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，
其振动平面会相对原方向转过一个角度，如图所示。由 于石英晶体是单轴晶体，光沿着光轴方向传播不会发生
双折射，因而阿喇果发现的现象应属另外一种新现象，
这就是旋光现象 ( 当线偏振光沿光轴方向通过某些天然 介质时，偏振面旋转的现象称为天然旋光，简称旋光现 象 ) 。稍后，比奥 (Biot) 在一些蒸汽和液态物质中也观 察到了同样的旋光现象。
线性磁光调制器结构示意图
实验表明，法拉第效应的旋光方向决定于外加磁场方 向，与光的传播方向无关，即法拉第效应具有不可逆性，这 与具有可逆性的自然旋光效应不同。例如，线偏振光通过天 然右旋介质时，迎着光看去，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。但线偏振光通过磁光介质时，如果沿磁场方向
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石英晶体的旋光色散
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对于具有旋光特性的溶液，光振动方向旋转的角度还与
溶液的浓度成正比，
θ =α cl
式中,α 称为溶液的比旋光率；c为溶液浓度。在实际应 用中,可以根据光振动方向转过的角度,确定该溶液的浓度。
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实验证明，一定波长的线偏振光通过旋光介质时，光振 动方向转过的角度θ 与在该介质中通过的距离l成正比，
θ =α l
波长、介质的性质及温度有关。
比例系数α 表征了该介质的旋光本领，称为旋光率，它与光
介质的旋光本领因波长而异的现象称为旋光色散，石英
晶体的旋光率α 随光波长的变化规律如图所示。
例如，石英晶体的α 在光波长为 0.4μ m时，为49°/mm； 在0.5μ m时，为31°/mm；在0.65 μ m时，为16°/mm