右旋圆偏振光合成的-赣南师范大学

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大学物理-光的偏振省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

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硝基苯 k 1.44 1018 m2 / V2 ,若l =3cm,
d=0.8cm,λ=600nm旳黄光,则产生 k=
时旳电压 V 2 104 V 。
克尔盒旳应用 : ... 克尔盒旳缺陷 : ...
2. 泡克尔斯效应(1893年)
P1 K
K P2
·电光晶体 ·
+。。-
泡克尔斯盒
• 不加电场→ P2 不透光 • 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方
电气石晶片
y x
分子型
入射 电磁波
z
z
线栅起偏器
• 偏振片旳起偏 P
非偏振光I0
···
二. 马吕斯定律
I0
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
E0
I
I
1 2
I0
P
E=E0cos
I0
E
2 0
,
IE
2
E
2 0
cos
2
I I0 cos2 马吕斯定律(1809)
0,I
,I
2
Imax I0
0 ——消光
四. 磁致旋光
磁致旋光物质
B
d
旋转旳角度 V d B
V─费德尔常量,V ~ 104 105 m1 T1
• 对自然旋光物质,振动面旳左旋或右旋是由
旋光物质本身决定旳,与光旳传播方向无关。
左旋
入射光
反射镜
反射光
左旋
反射镜
• 对磁致旋光物质,光沿B 与逆B 方向传 播,振动面旋向相反。
起偏振角
i = i0 时,反射光只有S分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O

圆偏振荧光的浅析及对教学科研的启示

圆偏振荧光的浅析及对教学科研的启示

【学法指导】手性是宇宙间的普遍特征,体现着生命的产生和演变过程。

自然界存在的糖、核酸、淀粉及纤维素中的糖单元,是D-构型,生物大分子的基元材料α-氨基酸,绝大多数为L-构型;蛋白质和DNA 的螺旋构象是右旋的;还发现海螺的螺纹和缠绕植物绝大部分是右旋的。

进一步研究发现,生物体内存在手性环境,作用于生物体内的药物及农药,其药效作用多与它们和体内靶分子间的手性匹配和手性相关。

因此,手性药物和手性农药的研究尤其重要。

手性药物的不同对映异构体,在生理过程中会显示不同的药效。

尤其是当手性药物的一种对映异构体对治疗有效,而另一种异构体表现为有害性质时,情况更为严重。

20世纪60年代的“反应停Thalidom ide 悲剧”就是一个突出的例子。

然而,手性分子是如何形成的却一直让人迷惑不解。

在材料的研究中,手性技术已在人们的日常生活中得到了广泛的应用,深入的应用型研究正在进行当中。

圆偏振荧光(CPL )的经过科学家的几十年不断通常光源发出的光为各向同性的自然光,在光的转换过程中光的利用效率比较低。

如彩色液晶显示器中,入射光能量的利用率还不到30%。

如使用有机圆偏振发光材料(CPL )作为发光器件的发光层,能使光源的利用率几乎达到100%。

科学家发现,将手性引入有机化合物中能够获得圆偏振荧光,经过不断地开拓和发展,有机化合物的手性得到不断的拓展和应用。

手性化合物的圆偏振光在3D 信息显示、量子通讯、自旋电子学、信息存储、CPL 激光、非线性光学、生物探针等领域有广泛的用途和应用前景,引起科学家极大的关注和兴趣。

关于手性的概念、判断方法、绝对构型的判断方法、旋光度的概念、圆二色谱(CD )等相关科学知识,大学有机化学教材都有详细报道与介绍,本文不再赘述。

本文主要介绍圆偏振荧光的概念、分类、定性分析、圆偏振荧光的检测设备原理,及商品化圆偏振光谱仪的出现给予我们在教学与科研方面的启示。

一、圆偏振荧光的概念如图1所示,在垂直于光传播方向的平面内,右旋偏振光的电矢量随时间的变化顺时针旋转,而右旋偏振光在三维空间中电矢量左旋。

法拉第效应在自旋电子学中的应用

法拉第效应在自旋电子学中的应用

法拉第效应在自旋电子学中的应用马红;赵丽娜;刘玫;焦扬;冷建材【摘要】旋光效应是大学物理的重要学习内容之一,利用此效应设计的法拉第旋转光谱技术是研究材料内部自旋极化和自旋弛豫的重要实验手段.本文利用琼斯矩阵分析了超短激光脉冲激发材料产生的有效磁场,以及有效磁场作用下法拉第旋转角和椭偏率的探测原理.【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】4页(P11-13,49)【关键词】法拉第效应;琼斯矩阵;旋转角;椭偏率【作者】马红;赵丽娜;刘玫;焦扬;冷建材【作者单位】山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南 250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南 250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南 250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东济南 250014;齐鲁工业大学理学院,山东济南 250353【正文语种】中文【中图分类】O436.41845年,法拉第(Faraday)在探索电磁现象和光学现象之间的联系时,发现当一束平面偏振光穿过沿光的传播方向加有磁场的介质时,可以观察到光经过样品后偏振面转过一个角度,亦即磁场使介质具有了旋光性,这种现象后来就称为法拉第效应,这一效应被用来制作光隔离器和调制器等光电器件.实际上,法拉第效应中的磁场可以是外加磁场,也可以是材料内部产生的有效磁场.当用强圆偏振脉冲激光激发材料时,由于光学取向原理[1],材料内部出现电子自旋极化,自旋向上和自旋向下电子的能级发生分裂,从而产生一个有效磁场,这个有效磁场也可以导致线偏振光的偏振面发生旋转,并且同时线偏振光变为椭圆偏振光.美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的Awschalom根据法拉第旋光效应设计了法拉第旋转光谱技术,用来研究材料的自旋极化以及自旋弛豫情况,最终目标是研制性能更高的新一代自旋电子器件,法拉第旋转光谱技术已经成为当今物理学前沿领域常用的一种实验方法[2].法拉第旋转光谱技术的原理是先采用强圆偏振抽运光照射材料,材料内部产生一个有效磁场,随后透过该材料的另一束强度较弱的线偏振探测光的偏振面会发生偏转,透射光偏振面的偏转角称为法拉第旋转角,如图1所示.其本质是右旋和左旋圆偏振光在介质中的折射率不同,旋转角的大小与右旋圆偏振光和左旋圆偏振光在材料中的折射率之差成正比.这种光谱技术通过测量透射的线探测光束在强抽运光作用下偏振面的微弱旋转,可以反映载流子自旋极化和自旋弛豫等动力学过程,该光谱技术主要通过两个重要参数旋转角和椭偏率来表征材料的动态磁光响应.因而,在超快自旋动力学实验研究中,法拉第旋转技术得到了广泛的应用.本文将重点阐述这一光谱技术实现旋转角和椭偏率的测量原理.法拉第旋转光谱技术的实验装置与传统的抽运探测光谱技术类似,不同之处为抽运光采用圆偏振脉冲激光,探测系统用到平衡探测器,如图2所示,完整的实验装置见参考文献[3].探测系统主要由波片(1/4或者1/2波片)、沃拉斯顿棱镜和平衡探测器组成.实验过程要求波片的快轴和线性偏振探测光的偏振方向的夹角为45°.线性偏振探测光经过沃拉斯顿棱镜后分为振动方向互相垂直的p和s分量,分别进入平衡探测器的分探测器D1和D2.平衡探测器内部采用差处理,输出结果是两个分探测器探测到的光强之差.如果沃拉斯顿棱镜前放置1/2波片,我们可以得到的实验结果为法拉第旋转角;如果换做1/4波片,实验结果将变为椭偏率.下面采用琼斯矩阵分别讨论.2.1 光的表示假设脉冲激光沿z方向传播,电场为横波(TE波),在Oxyz坐标系中,琼斯矩阵表示为表1给出了各种偏振光的矩阵表示,E0表示振幅,入射光归一化后,=1.椭圆偏振光看做是右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的合成,其中参数a和b表示右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的半径,A和B表示椭圆偏振光的半长轴和半短轴,A=,根据归一化条件a2+b2= 1.光强I表示为2.2 有效磁场的产生推导法拉第旋转光谱原理之前,首先介绍一下圆偏振光产生的有效磁场.由激光器直接输出的激光脉冲为水平偏振的线偏振光,根据表1,此时θ= 0,其琼斯矢量为抽运光路中放置一个1/4波片,使波片快轴方向与线性抽运光偏振方向的夹角为45°,1/4波片的琼斯矩阵为,则透过波片的出射光为由方程(4)可知出射光为右旋圆偏振光.样品中的电子吸收圆偏振光光子,跃迁到较高的能级,跃迁过程遵守角动量守恒.根据光学取向原理,由于自旋向上和自旋向下电子的跃迁强度不同,激发态上产生的自旋向上和自旋向下电子的密度不同,导致能级分裂,产生一个沿光传播方向,即沿z轴的有效磁场,磁化强度为χzxy为与材料有关的磁化常数,D表示电场的电位移矢量[4].因此引入强的抽运光后,材料的光学性质发生变化,内部产生有效磁场,线偏振探测光变成一个扁的椭圆偏振光,如图3所示,用矩阵表示为δθ表示转过的角度,即法拉第旋转角和椭偏率均发生变化.2.3 光的探测模式没有抽运光时,探测光也是线性偏振光,偏振方向为水平偏振,调节探测系统的1/2波片,使1/2波片的快轴与线偏振光偏振方向的夹角为φ=22.5°,则透过1/2波片的出射光为该探测光仍然为线偏振光,但是偏振方向旋转45°,此时透过沃拉斯顿棱镜的水平分量Ex和竖直分量Ey的强度相等,即〈Ex〉2=〈Ey〉2,则探测器输出的信号为0,光路处于平衡状态.为了便于描述,我们分开讨论有抽运光时的旋转角和椭圆率.首先考虑偏振方向的旋转情况,不考虑椭偏率,仍然把探测光当做线偏振光处理.假设法拉第旋转角为δθ,偏振方向与半波片快轴的夹角为45°,此时半波片对应的矩阵为,透过半波片的线偏振光变为此时探测器探测到的信号为根据式(9)可知沃拉斯顿棱镜前放置1/2波片时,平衡探测器探测到的结果是法拉第旋转角的大小,如果我们改变圆偏振抽运光的旋转方向,可以得到旋转方向相反的旋转角,即-δθ,二者大小相等.然后我们把1/2波片换成1/4波片,重新讨论探测结果.线偏振探测光的偏振方向与1/4波片的光轴之间的夹角为45°,透过波片的线偏振光变为椭圆偏振光,即此时探测器探测到的信号为所以,此时探测器探测到的信号只与椭偏率有关,与旋转角无关.本文利用大学物理学的偏振知识分析了前沿物理学的一种重要实验方法(法拉第旋转光谱技术)的探测原理.圆偏振脉冲激光激发材料时,根据光学取向的原理,材料内部不同能级的电子跃迁概率不同,导致激发态自旋向上和自旋向下电子的载流子浓度不同,产生一个有效磁场,这个有效磁场和外加磁场一样,会导致穿过磁场方向的线偏振光的偏振方向发生旋转.由琼斯矩阵详细推导了法拉第旋转光谱的探测结果,分别利用1/2波片和1/4波片探测旋转角和椭偏率.【相关文献】[1]Meier F,Zakharchenya B P.Optical Orientation[M].Amsterdam:Elsevier,1984. [2]Kikkawa J M,Awschalom D D.Resonant spin amplification in n-type GaAs[J].Phys Rev Lett,1998,80(19):4313-4316.[3]马红.半导体及纳米结构的自旋动力学研究[D].博士论文,2011.[4]Landau L D,Lifshitz E M.Electrodynamics of Continuous-Media[M].Oxford:Pergamon Press,1984.。

右旋圆偏振光电矢量的分量

右旋圆偏振光电矢量的分量

右旋圆偏振光电矢量的分量一、引言在物理学中,光是一种电磁波,其振动方向与传播方向垂直。

偏振是光波的一个重要特性,决定了光的振动方向。

右旋圆偏振光是一种特殊的光,其电矢量围绕光线传播方向按右手法则旋转。

了解右旋圆偏振光电矢量的分量对于理解光的本质和相关光学现象至关重要。

二、右旋圆偏振光电矢量的分量右旋圆偏振光电矢量可以分解为两个分量:垂直分量和平行分量。

这两个分量分别描述了电矢量在垂直和平行于光线的平面内的振动。

1.垂直分量:电矢量在垂直于光线方向的平面内振动,与光线的传播方向垂直。

这种振动模式通常用虚线表示。

2.平行分量:电矢量在平行于光线的平面内振动,与光线的传播方向平行。

这种振动模式通常用实线表示。

三、右旋圆偏振光电矢量的合成在实际的光线传播过程中,右旋圆偏振光电矢量是作为整体进行传播的,无法简单地将电矢量分为独立的垂直和平行分量。

然而,通过特定的光学实验,我们可以单独观察电矢量的垂直和平行分量,进一步理解其特性。

四、右旋圆偏振光电矢量的应用右旋圆偏振光在光学、物理学和工程学中有广泛的应用。

例如,在液晶显示技术中,利用右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的相互干涉,可以产生不同的色彩和亮度,从而实现图像显示。

此外,在光学通信和光纤传感等领域,右旋圆偏振光也具有重要应用。

五、结论右旋圆偏振光电矢量的分量是理解其特性和应用的关键。

通过了解垂直和平行分量的性质,我们可以深入探究光的本质和相关现象。

同时,右旋圆偏振光在多个领域的应用也证明了其在科学研究和技术开发中的重要性。

在未来,随着光学技术和应用的不断发展,右旋圆偏振光将继续发挥重要作用,为科学和技术进步做出贡献。

左右旋圆偏振光定义

左右旋圆偏振光定义

左右旋圆偏振光定义《嘿,来聊聊左右旋圆偏振光》嘿,各位小伙伴们!今天咱来唠唠一个有点玄乎但又超级有趣的东西——左右旋圆偏振光。

咱先别被这高大上的名字给唬住了。

想象一下啊,光就像是一个小精灵,在我们周围欢快地蹦跶。

而这左右旋圆偏振光呢,就像是小精灵的两种不同舞步。

你看哈,左旋圆偏振光就好像是小精灵在顺时针地转圈跳舞,那姿态可俏皮了。

它一路蹦跶着,带着独特的节奏。

而右旋圆偏振光则恰恰相反,是逆时针地转着圈,仿佛在和左旋的伙伴比赛谁转得更欢。

那这左右旋圆偏振光有啥用呢?嘿,用处可大了去咯!就说在一些高科技设备里吧,它们就像是幕后的小功臣,默默地发挥着重要作用。

比如说在3D 电影里,这左右旋的光就扮演了关键角色,让我们能体验到那种身临其境的奇妙感觉。

记得我第一次了解到左右旋圆偏振光的时候,真觉得这世界太神奇了!原来光还能这么玩呢。

就好像是发现了一个新的宝藏一样,让我兴奋不已。

我那会儿就在想,大自然的创造力真是无穷无尽啊,能搞出这么有趣又奇妙的现象。

有时候啊,我看着阳光透过窗户洒进来,就会暗自琢磨,这里面是不是也有左右旋圆偏振光在欢快地舞动着呢。

它们是不是也在跟我玩着捉迷藏,只是我还没本事把它们一个个揪出来。

哈哈!对于那些研究光的科学家们,我真的是佩服得五体投地。

他们能这么深入地去了解和研究这些看似普通却又暗藏玄机的东西。

说不定他们每天都在和这些左右旋圆偏振光打交道,就像是和一群调皮的小精灵玩耍一样,还得想方设法地搞懂它们的脾气和规律。

总之啊,左右旋圆偏振光虽然听起来很复杂,但其实超级有趣。

它们就像是隐藏在我们生活中的小魔法,等着我们去发现和探索。

我呢,会一直怀着好奇的心,去感受和了解更多关于它们的奇妙之处,也希望大家能和我一起享受这份对世界的探索乐趣呀!怎么样,是不是觉得光也变得可爱起来啦?。

光学教材中有关椭圆偏振光知识的分析与解读

光学教材中有关椭圆偏振光知识的分析与解读

光学教材中有关椭圆偏振光知识的分析与解读杨静;李韶峰;张利红;朱新颖;王韩奎【摘要】常见的本科光学教材中,在平面简谐电磁波的波函数形式、椭圆偏振光的旋向与两子波的相位差之间的关系、椭圆偏振光的琼斯矢量表达式等知识点上,所给出的推导过程和结论不尽相同,甚至互相矛盾,令学生迷惑、误解。

结合笔者的教学经验,对以上问题进行了对比分析,对各知识点进行了深入梳理,经推导和证明,给出了明确的结论。

%In the widely used optics textbooks for undergraduate students ,the following conclusions and their deriva‐tion process are inconsistent ,and even contradictory :(1)The wave function expression of the planar harmonic elec‐tromagnetic wave;(2)The relationship between the rotation direction of elliptically polarized light and the phase difference of two sub‐waves ;(3)The derivation and form of Jones vector of elliptically polarized light .These incon‐sistencies often make students confusing .Based on years of teaching experience in optics ,we conduct a comparative analysis for these inconsistencies by proof and derivation ,and draw clear conclusions for each of the above knowl‐edge .【期刊名称】《浙江大学学报(理学版)》【年(卷),期】2017(044)001【总页数】4页(P53-56)【关键词】波函数;椭圆偏振光;旋向;琼斯矢量【作者】杨静;李韶峰;张利红;朱新颖;王韩奎【作者单位】周口师范学院物理与电信工程学院,河南周口466000;周口师范学院物理与电信工程学院,河南周口466000;周口师范学院物理与电信工程学院,河南周口466000;周口师范学院物理与电信工程学院,河南周口466000;周口师范学院物理与电信工程学院,河南周口466000【正文语种】中文【中图分类】O436.3The analysis and interpretation of the knowledge about elliptically polarized light in optics textbooks. Journal of Zhejiang University(Science Edition), 2017,44(1):053-056振动方向相对于传播方向的不对称性叫作偏振. 光波是电磁波,光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直,因此,具有偏振性的光称为偏振光. 偏振光学是光学领域中一个重要的分支,偏振光在光学显示和光学测试中有着不可替代的作用.在高等院校本科教学中,光学与工程光学是物理、光电子等理工科相关专业的必修课程.教材版本较多,常见的有玻恩等[1]的《光学原理》、叶玉堂等[2]的《光学教程》、赵凯华[3]的《光学》,郁道银等[4]的《工程光学》、姚启钧[5]的《光学教程》等.以上教材对光的偏振知识的介绍各有侧重点,但在平面简谐电磁波的波函数、椭圆偏振光的旋向判断以及偏振光的琼斯矢量表示等知识点的推导过程及表达形式上略有不同,有的甚至相互矛盾,导致学生迷惑不解.为此,笔者拟对上述教材中椭圆偏振光相关知识存在的差异和矛盾进行对比分析,讨论并厘清其中存在的问题.由麦克斯韦方程组可以解得电场强度E有多种形式的解,以最简单的平面电磁波为例,假设平面波沿直角坐标系的z方向传播,其波动方程为[1]:其中,v为电磁波的传播速度. 在均匀介质中,如果没有电流和电荷,其解有2种表达形式:其中E1和E2为2个任意函数.式(2a)和(2b) 2种解的形式本质相同:对于第1项,若以波源为原点,则初始时刻(t=0)波源(z=0)的振动状态E1(0)在z=vt处重现,所以2种形式的第1项均表示以速度v沿+z方向传播的平面波;同理,第2项表示沿-z方向传播的平面波. 若只考虑沿+z方向传播的平面波,只取第1项,则波动方程的解为和.对频率为ω的平面简谐电磁波,波动方程的解可写为:其中,φ0为初始时刻坐标原点的初相位. 某一时刻,随着z的增加(即沿光的传播方向),式(3)的相位是落后的,而式(4)中相位是超前的. 为计算方便,可用对应的复数式代替以上两式,若用波矢k0=k0表示,则有综上,平面简谐电磁波的波函数计算,各版本选择一致,形式上都可转化为:2.1 左右旋偏振光中存在的左右手关系问题当两列频率相同、传播方向相同、振动方向互相垂直的单色波叠加时,根据两列光波相位差、振幅的关系,合成光可以是线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光. 关于(椭)圆偏振光的旋向规定,4种教材都遵循传统习惯,即迎着光传播方向看,两列光合矢量箭头的末端若是顺时针旋转,则为右旋偏振光. 若以光的传播方向为大拇指方向,四指指向合矢量的旋转方向,此时旋向与传播方向成左手螺旋关系;反之为左旋偏振光,旋向与传播方向成右手螺旋关系[1-2,4-5].提到左右手关系的,只有姚启钧的《光学教程》. 文中指出:在光的传播方向z上,各点电矢量的相位随z的增加而逐点落后,因此同一时刻沿z方向场中各点电矢量的相对取向与传播方向之间,在右旋椭圆偏振光中,正好构成右手螺旋[5]. 学生往往觉得这与前述矛盾,认为此处“右旋构成右手螺旋”的描述错误. 但需要注意的是,教材中有明确的前提,即某一时刻,各点电矢量的相对取向与传播方向成右手螺旋关系(因相位落后). 而前面提到的右旋偏振光中存在的左手关系,指的是在不同时刻,随着光的传播,合矢量箭头末端旋转出一条轨迹,其旋转方向与传播方向成左手螺旋关系. 所以《光学教程》中的描述是正确的.2.2 通过相位差判断左右旋偏振问题通过2列子波的相位差Δφ判断旋向时,一般教材的结论为(即使有的教材没有明确说明,从配图也能看出此结论):当sinΔφ>0时,为右旋偏振光;当sinΔφ<0时,为左旋偏振光. 而《工程光学》给出的结论以及配图却与此相反. 下面通过简单的证明,说明椭圆偏振光的旋向与相位差的关系. 振动方向垂直的2子波的波函数可以写为:通常合成方程为式(9)描述的是一个椭圆方程,且Ex∈[-a1,a1],Ey∈[-a2,a2]. 下面通过简单的证明,寻找旋向与相位差正弦值之间的关系.(1)若在一个周期内,当φ1=0时,合矢量末端的坐标为(a1,1/2a2),即图1中的A 点. 当φ1=π/2时,合矢量末端的坐标为,即图1中的B点.随着相位的增加,光向z轴正方向传播,自A点转向B点,存在2条路径c和d(图中只标明路径的大致方向,实际上A和B点应该是椭圆上的2个点). 而当φ1∈[0,π/2]时,Ex∈[1,0],即Ex始终大于0.为符合这一要求,实际路径只能选择顺时针旋转的路径d,则为右旋偏振光.(2) 若在一个周期内,当φ1=0时,合矢量末端的坐标为(a1,-1/2a2),即图2中的A点. 当φ1=π/2时,合矢量末端的坐标为/2a2),即图2中的B点. 同上,从A点到B点,存在2个路径c和d,而实际路径只能选择逆时针旋转的路径c,为左旋偏振光.相位差Δφ为其他值时同理可证.整理可得:当sin Δφ>0时,为右旋偏振光;当sin Δφ<0时,为左旋偏振光.3.1 椭圆偏振光的琼斯矢量光的偏振态可以用琼斯矢量表示. 按第1节中的推导和总结,光在与传播方向(z方向)垂直的xoy平面上的x和y方向上的分量为:用偏振光矢量2个分量构成的一列矩阵表示光的偏振态,称为琼斯矢量,记作其中,a=a2/a1,Δφ=φy-φx.以长轴沿x轴,长短轴之比为2:1的右旋偏振光为例,Δφ=φy-φx=π/2归一化的琼斯矢量为.3.2 各教材琼斯矢量形式的对比分析各教材中,椭圆偏振光琼斯矢量的最终形式是一致的. 以圆偏振光为例,左、右旋圆偏振光的琼斯矢量分别为:各版本在推导中,给出的说明均不够清晰,有的甚至前后矛盾. 以姚启钧的《光学教程》为例,与式(11)对应的表达式为[5]:矩阵第2行为aeiΔφ,Δφ仍是(φy-φx),与本文式(11)的指数部分差一个负号. 但式(14)左右并不相等. 通过简单指数运算发现,式(11)才是正确的. 而且《光学教程》[5]中对右旋圆偏振光的琼斯矢量是这样描述的:其中复振幅y的指数部分为-i(φy-φx),与该书前面的描述(本文公式(14))矛盾. 虽然2式都能推导出式(13),但这种前后不一致会使学生特别是初学者不知所措.鉴于各版本光学教材对于光的波函数表达式、椭圆偏振光的旋向判断、偏振光的琼斯矢量等知识点的表述存在差异,甚至互相矛盾,为厘清思路,明确结论,帮助学生扫清学习障碍,对以上3个知识点进行了较透彻的分析. 通过从头推导平面简谐电磁波的波函数,给出了几种表达形式,认为各版本虽然形式不尽相同,但运算结论是一致的;通过证明椭圆偏振光旋向与两子波相位差的关系,得到当sinΔφ>0时,为右旋偏振光;当sinΔφ<0时,为左旋偏振光的结论;通过细致的推导,给出了偏振光琼斯矢量的正确表达式,同时指出,文献[5]对偏振光的琼斯矢量描述存在前后不一致的问题.本文有助于学生厘清思路,扫清学习障碍,更好地学习掌握椭圆偏振光这一知识点,也可为相关老师提供教学案例和参考.【相关文献】[1] 玻恩M,沃耳夫E.光学原理(上册)[M].北京:北京大学出版社,1985:29-52. BORN M, WOLF E. Principles of Optics (Vol one)[M]. Beijing:Beijing University Press,1985:29-52.[2] 叶玉堂,肖峻,饶建珍,等.光学教程[M].北京:清华大学出版社,2011:117-132,299-303. YEY T, XIAO J, RAO J Z,et al. Optics Tutorial[M]. Beijing:Tinghua UniversityPress,2011:117-132,299-303.[3] 赵凯华,钟锡华.光学[M].北京:北京大学出版社,1984:140-147,187-199. ZHAO K H, ZHONG X H. The Optics[M]. Beijing:Beijing University Press,1984:140-147,187-199.[4] 郁道银,谈恒英.工程光学[M].北京:机械工业出版社,2013:291-295,327-329,494-495. YU D Y, TAN H Y. Engineering Optics[M]. Beijing:China Machine Press, 2013:291-295,327-329,494-495.[5] 姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,2002:19-78,336-365. YAO Q J. OpticsTutorial[M]. Beijing:Higher Education Press,2002:19-78,336-365.。

左旋偏振光与右旋偏振光

左旋偏振光与右旋偏振光

物理学:圆偏振光与椭圆偏振光:分为左旋偏振光和右旋偏振光迎着光线方向看,凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光,凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。

旋光仪:偏振光通过某些晶体或某些物质的溶液以后,偏振光的振动面将旋转一定的角度,这种现象称为旋光现象。

具有旋光性质的物质有石英、糖溶液、酒石酸溶液等。

测定旋光性物质的旋光度的仪器。

通过对样品旋光度的测量,可以分析确定物质的浓度、含量及纯度等。

广泛应用于制药、药检、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工业生产,科研、教学部门,用于化验分析或过程质量控制。

测出的旋光率,正负表示左旋还是右旋(正为右旋,负为左旋)左旋螺纹和右旋螺纹有机化合物的左旋和右旋左旋与右旋是指有机化合物的对应体对偏振光中分别使光向反时针或顺时针方向旋转。

会令偏正光左旋或右旋的异构体会被称为左旋体和右旋体。

-表示左旋(逆时针),+表示右旋(顺时针)异构物:左旋性和右旋性化合物的关系,除了称作是光学活性化合物以外,有时也称为对掌性,这一类的化合物统称为镜像异构物。

在一般非光学活性的条件下,左旋性化合物和右旋性化合物的组成原子、沸点、折射率等物性和化性都相同,只有对平面偏振光所造成的旋转方向不同。

科学家称这一种会使平面偏振光向左旋转的化合物是左选性化合物,另一种是右旋性化合物。

旋性化合物的分子结构和化合物的炫光性没有直接关系,炫光性由旋光度计直接计测。

光学活性化合物:维他命c为右旋性化合物在自然界中,除了人体对化合物的左旋和右旋有反应特异性外,植物和微生物等也都具有这种特性。

在地球上,只有是生物体,体内所进行的化学反应都可能属于上述的反应特异性形态。

科顿效应

科顿效应

科顿(Cotton)效应是当直线偏振光透过旋光性物质时产生偏转的现象。

旋光性物质又称为光学活性物质。

当由左、右旋圆偏振光合成的直线偏振光进入旋光性物质(如芳香族化合物)时,由于旋光性物质能使左旋与右旋圆偏振光的传输速度改变,形成不同折射率,故此左、右旋偏振光透过厚度为d的旋光性物质后形成偏转角α,它可表达为:
(φ1-φr)=
φ1=2πd/λ1=2πdn1/λ
φr=2πd/λr=2πdnr/λ
式中:φ1、φr—左、右旋偏振光透过旋光性物质时的旋转角度;
n1、nr—左、右旋偏振光在旋光性物质中的折射率;
λ—入射光的波长。

又称卡滕效应。

光学活性物质在其吸收最大值附近表现出特征的旋光色散和圆二色性现象。

科顿效应分正、负两种,可由圆二色性谱带的符号或根据旋光色散曲线的峰位来确定:当圆二色性谱带的符号为正值或者正的旋光色散峰在较长波长方向时,称为正的科顿的效应;当圆二色性谱带的符号为负值或者正的旋光色散峰在较短波长方向时,称为负的科顿效应。

理论上可以证明:当生色团的跃迁电偶极矩与磁偶极矩方向相同(即跃迁时电荷沿右手螺旋途径运动)时,出现正的科顿效应,反之则出现负的科顿效应。

关于偏振光旋转方向判定相关问题的分析

关于偏振光旋转方向判定相关问题的分析

关于偏振光旋转方向判定相关问题的分析曾爱云;程荣龙;宫昊【摘要】分析了电磁极化波与偏振光的旋向判定法则,并通过对椭圆偏振光的光矢量运动方程进行推导,进一步对不同光学教材中对偏振光的旋向判定结果出现相反的现象进行了深入分析和说明.【期刊名称】《廊坊师范学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(016)004【总页数】3页(P38-40)【关键词】电磁波极化;椭圆偏振光;左旋偏振;右旋偏振;相位差【作者】曾爱云;程荣龙;宫昊【作者单位】蚌埠学院,安徽蚌埠233030;蚌埠学院,安徽蚌埠233030;蚌埠学院,安徽蚌埠233030【正文语种】中文【中图分类】O43偏振光的内容是光学基础课程的重要内容,其中关于偏振光旋向的判定是一个重要知识点,而学生在学习时却总是存在概念不清、判定法则混淆的问题。

特别是查阅资料越多时,越是弄不清该遵循什么规定和定义去判定偏振光的旋向[1-3]。

下面就这些问题做具体的分析和探究。

光学领域的偏振概念,本质上属于电磁波的极化现象范畴,即为电磁波传播过程中,空间给定点上矢量的取向随时间的变化特性,一般用矢量的端点的描绘轨迹来描述这一特性。

常见的分类有线偏振(极化)、圆偏振(极化)和椭圆偏振(极化),其中线偏振和圆偏振可看成椭圆偏振的两种特例。

其中,椭圆或圆的偏振(极化)还涉及矢量的旋转方向的问题。

由于电磁理论及其工程技术应用的历史发展过程中的种种原因,对这一问题的描述和判定,在不同文字材料中表述不统一。

目前,在电气和电信领域对电磁波的椭圆(圆)极化的旋向判定采用国际电工委员会(IEC)和国际电信联盟(ITU)制定的规定:迎着电磁波的传播方向看去,若矢量的旋转方向与波的传播方向符合右手螺旋关系,即为右旋椭圆(圆)极化波,若符合左手螺旋关系,则为左旋椭圆(圆)极化波[4]。

在光学应用领域现在基本沿用著名的《光学原理》一书的作者Max Born和Emil Wolf给出的定义:迎着电磁波的传播方向看去,若矢量的旋转方向为顺时针,即为右旋椭圆(圆)偏振,若矢量的旋转方向为逆时针,则为左旋椭圆(圆)偏振。

大学物理第6章-光的偏振

大学物理第6章-光的偏振
起偏 检偏 马吕斯定律 (polarizing, analyzing and Malus law)
1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏
1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件
(6)
2)偏振片的用途
(a)作起偏振器
I0
I0/2
(b)作检偏振器
偏振光
光强为零 (消光)
2.波片(wave plate)
(23)
出波片C 时, o光和e光的振动:
A
Ao
Ae
光轴
P1
偏振片P1
单色自然光
波片C
d
x
y(光轴)
A
Ae
Ao
光轴
d
e光
o光
所以

合成为线偏振光
合成为正椭圆偏振光
合成为斜椭圆偏振光
合成为圆偏振光
k=0, 1, 2,
1) 1/4波片
思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?
O
z
O
z
部分偏振光的分解
部分偏振光
·
·
·
·
·
·
·
·
图示法
(4)
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。
(5)
4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light)
Ex
Ey
E
x
y
y
x
z
x
y
x
Ex
Ey
E
y
z
光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。

光学教程答案(第五章)

光学教程答案(第五章)

1. 试确定下面两列光波E 1=A 0[e x cos (wt-kz )+e y cos (wt-kz-π/2)] E 2=A 0[e x sin (wt-kz )+e y sin (wt-kz-π/2)] 的偏振态。

解 :E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)]=A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)]=A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度,对其中一个表面直接进行观察,另一个表面通过两块偏振片来观察。

两偏振片透振方向的夹角为60°。

若观察到两表面的亮度相同,则两表面的亮度比是多少?已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。

解∶∵亮度比 = 光强比设直接观察的光的光强为I 0,入射到偏振片上的光强为I ,则通过偏振片系统的光强为I':I'=(1/2)I (1-10%)cos 2600∙(1-10%) 因此:∴ I 0/ I = 0.5×(1-10%)cos 2600∙(1-10%) = 10.125%.3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60°,在他们之间放置另一个尼科耳N 3,让平行的自然光通过这个系统。

假设各尼科耳对非常光均无吸收,试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时,通过系统的光强最大?设入射光强为I 0,求此时所能通过的最大光强。

解:201I I()()()()有最大值时,亦可得令注:此时透过的最大光强为,须使欲使I I d d d dI I I II I I II I II I 20cos cos 2329434323060cos 30cos 2302602cos cos 2cos cos 2cos 2222max22232213θααθαααθααθααθαα==⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==⋅⋅=-=====∴-=-===4. 在两个理想的偏振片之间有一个偏振片以匀角速度ω绕光的传播方向旋转(见题5.4图),若入射的自然光强为I 0,试证明透射光强为I =16πI 0(1-cos4ωt ).解: I = 12I 0 cos 2ωt cos 2(2π-ωt ) = 12 I 0cos 2ωtsin 2 ωt = 18 I 0 1-cos4t2ω= I 0(1-cos4ωt ) `题5. 线偏振光入射到折射率为1.732的玻璃片上,入射角是60°,入射光的电失量与入射面成30°角。

《大学物理》光的偏振现象的研究实验

《大学物理》光的偏振现象的研究实验

图2 二向色性起偏《大学物理》光的偏振现象的研究实验姓 名学 号 班 级桌 号 教 室实验日期 20 年 月 日 时段 指导教师一. 实验目的1. 观察光的偏振现象,加深对光偏振基本规律的认识;2. 了解产生和检验偏振光的基本方法;3. 验证马吕斯定律;4.1/2波片,1/4波片的研究; 5.利用旋光现象测定蔗糖溶液浓度. 二. 实验仪器导轨和机座, 带布儒斯特窗的氦氖激光器, 激光器架, 偏振片、波片架, 滑动座(4个), 光传感器(光电探头),光功率测试仪,偏振片(2个),1/2波片(波长632.8nm ),1/4波片(波三. 实验原理1. 偏振光的基本概念光波是一种电磁波,它的电矢量 和磁矢量 相互垂直,并垂直于光的传播方向。

通常人们用电矢量 代表光的振动方向,并将电矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面。

在传播过程中,电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光,如图1(a)所示。

振动面的取向和光波电矢量的大小随时间作有规律的变化,光波电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆时,称为椭圆偏振光或圆偏振光,评 分教师签字图1 平面偏振光、自然光和部分偏振光图3 双折射起偏原理图人眼逆光来看,若电矢量末端按照顺时针方向旋转,则称为右旋椭圆或右旋圆偏振光,反之为左旋。

通常光源发出的光波有与光波传播方向相垂直的一切可能的振动方向,没有一个方向的振动比其它方向更占优势。

这种光源发射的光对外不显现偏振的性质,称为自然光,如图1(b)所示;如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定方向上占优势,则此偏振光称为部分偏振光,如图1(c)所示。

将自然光变成偏振光的器件称为起偏器,用来检验偏振光的器件称为检偏器。

实际上,起偏器和检偏器是互为通用的。

下面介绍几种常用的起偏和检偏方法。

2. 二向色性起偏、马呂斯定律、双折射起偏二向色性起偏:物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质,称为二向色性。

光的偏振综合实验设计

光的偏振综合实验设计

第33卷第5期2020年10月大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGEVol.33No.5Oct.2020文章编号:1007-2934(2020)05-0052-04光的偏振综合实验设计邱学军,姚文俊,曹振洲,雷洁梅(中南民族大学电子信息工程学院,湖北武汉430074)摘要:为了推动民族高校大学物理创新实验平台建设,使创新实验更好地服务于民族高校大学物理理论和实验教学,设计了光的偏振综合实验平台。

其实验内容分为四个部分:线偏振光的产生和1/2波片的使用、圆偏振光的产生和1/4波片的使用、偏振分光棱镜和消偏振分光棱镜的使用以及光学偏振隔离器的设计。

通过该综合实验平台,不仅可以加深学生对光的偏振和光器件的系统认识,而且可以提高学生的动手能力和创新思维。

关键词:线偏振光;圆偏振光;波片;偏振分光棱镜中图分类号:G642;O436文献标志码:A DOI:10.14139/22-1228.2020.05.012大学物理是高校理工科各专业学生的一门重要的公共基础必修课,该课程所教授的基本概念,思想和方法是学生科学素养的重要组成部分,是培养学生成为合格科技工作者和工程技术人员的必备因素[1-4]o大学物理以实验为基础,通过实验,不仅可以帮助学生理解理论知识,改善理论课教学质量,而且可以培养学生的动手能力和创新思维,激发学生学习兴趣[5-10]o尽管如此,目前的大学物理实验,针对单个知识点的验证性实验的比例较大,而涉及综合知识应用的实验偏少[11],这在一定程度上使学生对所学知识无法形成系统性,全面性的认识,造成学生思维模式的固化和创新能力的缺失。

不仅如此,在民族高校中,以我校(中南民族大学)为例,目前开设的光学实验主要包括分光计的调节和使用、双棱镜干涉测光波波长以及氢原子光谱,这些实验不仅难度大,而且不易操作,加之我校少数民族学生居多,实验技能差异性较大,许多学生基本上是在老师的“手把手操作”下才能完成,这极大束缚了学生的动手能力和创新思维的发展,效果微乎其微。

近代物理实验思考题答案

近代物理实验思考题答案

一、 夫兰克—赫兹实验 1解释曲线I p -V G2形成的原因答;充汞的夫兰克-赫兹管,其阴极K 被灯丝H 加热,发射电子。

电子在K 和栅极G 之间被加速电压KG U 加速而获得能量,并与汞原子碰撞,栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GA U ,只有穿过栅极后仍有较大动能的电子,才能克服拒斥电场作用,到达板极形成板流A I 。

2实验中,取不同的减速电压V p 时,曲线I p -V G2应有何变化为什么答;减速电压增大时,在相同的条件下到达极板的电子所需的动能就越大,一些在较小的拒斥电压下能到达极板的电子在拒斥电压升高后就不能到达极板了。

总的来说到达极板的电子数减小,因此极板电流减小。

3实验中,取不同的灯丝电压V f 时,曲线I p -V G2应有何变化为什么答;灯丝电压变大导致灯丝实际功率变大,灯丝的温度升高,从而在其他参数不变得情况下,单位时间到达极板的电子数增加,从而极板电流增大。

灯丝电压不能过高或过低。

因为灯丝电压的高低,确定了阴极的工作温度,按照热电子发射的规律,影响阴极热电子的发射能力。

灯丝电位低,阴极的发射电子的能力减小,使得在碰撞区与汞原子相碰撞的电子减少,从而使板极A 所检测到的电流减小,给检测带来困难,从而致使A GK I U 曲线的分辨率下降;灯丝电压高,按照上面的分析,灯丝电压的提高能提高电流的分辨率。

但灯丝电压高, 致使阴极的热电子发射能力增加,同时电子的初速增大,引起逃逸电子增多,相邻峰、谷值的差值却减小了。

二、 塞曼效应1、什么叫塞曼效应,磁场为何可使谱线分裂答;若光源放在足够强的磁场中时,原来的一条光谱线分裂成几条光谱线,分裂的谱线成分是偏振的,分裂的条数随能级的类别而不同。

后人称此现象为塞曼效应。

原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。

总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进从而可以使谱线分离2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用答;略3、如何判断F-P标准具已调好答;实验时当眼睛上下左右移动时候,圆环无吞吐现象时说明F-P标准具的两反射面平行了。

旋光光谱和圆二色光谱

旋光光谱和圆二色光谱
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可看成是两个相互垂直的振幅相等、相位差为±π/2的线偏 振光的合成 + π/2——对应于右旋圆偏振光 - π/2——对应于左旋圆偏振光 即圆偏振光中包含着两个频率和振幅相同的左旋和右旋圆偏振 光
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(二) 旋光度和比旋光度
旋光度:旋光物质是偏光振动平面旋转的角度称为旋光 度,通常用a表示。 比旋光度:[α]D=(α实/cl)×100 通常用钠光D线(≈589.3nm)测量α实 l:试样槽厚度(dm) c:100ml溶剂中溶液的g数
• 基本原理:
• 旋光光谱(Optical Rotatory Dispersion, ORD) 假如有机分子是具有手性的,即分子和它的镜像
互相不能重叠,当平面偏振光通过它时,偏振面便 发生旋转,即所谓该物质具有“旋光性”。
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一、背景
(一)偏振光 17世纪,Huggens, 偏振光 1881年,Biot(毕奥), 石英能使偏振光的偏振面转动 1934年,Lowry(劳里), 《光功率计》 1953年,建立了第一台偏振光检测仪 19世纪60年代以后,圆二色仪出现
外消旋体(Racemate)由等量的左旋体和右旋体构成,没有 旋光性,用dl-或()-表示。
这种表示方法,直观地反映了对映体之间光学活性的差别,但 不能提供手性分子三维空间排列或绝对构型的信息。
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➢ R和S系统
将手性中心的取代基按原子序数依次排列,A > B > C > D,把 D作为手性碳原子的顶端,A、B、C为四面体底部的3个角,从底部 向顶端方向看,若保持从大到小基团按顺时针方向排列者,称为R型; 若为逆时针方向排列者,称为S型。
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• CD谱比较简单明确,容易解析。 • ORD谱比较复杂,但它能提供更多的立体结构信息。 • ORD和CD都可以用于测定有特征吸收的手性化合物的绝
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20
2 E x exp(i nz) 0 2 2 E i exp(i nz) exp(i nz ) y 0 0 2 左旋 2 E x exp(i nz) 0 E i exp(i 2 nz) exp(i 2 nz ) y 0 0 2 右旋
由于φL与φR不同,它们合成为线偏 振光,其偏振方向相对于原来转过了一 个角度φ即产生了旋光现象. φ =(φR- φL) /2=π(nR-nL)d/λ nR ﹥ nL φ ﹥0 晶体是左旋的 nR ﹤ nL φ ﹤0 晶体是右旋的
11
小结:
线偏振光可以看成是一对同频率、 同幅度、旋转方向相反的左、右旋圆偏 振光合成的,对于有些晶体如石英,左、 右旋圆振光,其折射率略有不同,导致 出射时,其合成的线偏振光的振动面比 原来转过了一个角度φ ,从而产生了旋 光现象。
f m ev B
14
依据磁场和电场的方向不同,作用在电子上的 力,可以是向心力,也可以是离心力,这就使 得电子有两种不同的运动轨道半径,电子的
相应有不同的极化强度、折射率等,从而出现 不同的传播模式,即:
由于磁场的作用而导致光偏振面旋转 的现象称为法拉第磁光效应。
15
16
理论分析
ˆ 0 ,几乎所有的磁光 在光频波段内,令 现象都可得到解释。
7
8
5、旋光性的解释 左旋圆偏振光——L光,右旋圆偏振 光——R光,对于石英,vL与vR略有不 同(旋光色散效应),其通过石英晶片 后位相变化为: φL= 2 π nLd / λ φR= 2 π nR d / λ 圆偏振光的位相即旋转电矢量的角 位移,位相滞后即角度倒转。 (见图5-5)
9
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6
二、菲涅耳对旋光现象的解释
1、两个同频率振幅相等的简谐振动可以合为一 个圆的运动或者反过来说,一个圆运动可以分 解为一对相互垂直的同频率同振幅的简谐运动。 2、一个直线运动上的简谐振动,可以分解为一 对圆的运动。 3、菲涅耳认为线偏振光可以分解为一对左、右 旋圆偏振光,左、右旋圆偏振光可以合成为 线偏振光。(见图5-4)
4 2 rx x 2 ry y 2 rz z 2 2 2 x 2 y
rz ( l l ) rz ( rx ry )l ] rz ( rx ry ) 0
2 rx x 2 ry y 2 z 2
(2.5-4) 假设光波在立方晶体或各向同性介质中 2 n ( rx ry rz 0 )平行于磁化强度(z)方 向(lx=ly=0,lz=1)传播,得
引进等效介电系数张量
ˆrij
rx i 0
i
rx
0
ห้องสมุดไป่ตู้
0 0 rz
(2.5-1)
当磁场反向时, 的符号也要反号,即:
( B) ( B)
(2.5-2)
17
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 )]}
光电子技术学课件之六: ——光辐射的传播(4)
光波在磁光介质中的传播
制作者: 赣南师范学院物理与电子信息学院: 王形华
1
预备知识
——旋光现象及分析
一、石英的旋光现象
1、在普通的单轴晶体(如冰洲石)内,垂直于 光轴方向切割出一块平行平面晶片; 2、取两块偏振片I和Ⅱ,其透振方向为P1和P2 , 且将平行平面晶片插入正交偏振片I和Ⅱ之间 (P1⊥P2 ),并且三个的平面平行; 3、用一束自然光正射到偏振片I ,则在偏振片 Ⅱ后面,出现消光现象。这表明线偏振光经 过此晶片后偏振状态不发生任何变化。(见 2 图5-1)
12
§3 光波在磁光介质中的传播 (简介)
外加磁场作用所引起的材料的光学 各向异性称为磁光效应。本节讨论磁光 效应的物理起因及其光束在磁光介质中 的传播的基本规律,但仅限于介绍法拉 第旋转效应对传播光束的影响。
13
法拉第旋转效应
当光波进入已施加磁场的介质中,介质里的束 缚电子受到电场和外磁场的共同作用而运动。 当单色圆偏振光进入介质中,在旋转电场作用 下,电子作稳定的圆周运动。外加一个恒定磁 场其方向垂直于电子作圆周运动的轨道平面, 则电子受到洛仑兹力的作用:
式中lx、ly、lz为光波矢的方向余弦。
(2.5-3)
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 :
18
n [ l l l ] n [( rx ry )(l l )
(2.5-6)
可见Ez=0,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:
Ex iE y iE y
Ex 1 2 nz ) E exp( i 0 y i
(2.5-7)
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。
3
4、在上述实验中,用石英来代替冰洲 石,则在偏振片Ⅱ之后,看去视场 变亮了,若将偏振片的透振方向向 左或向右旋转一个角度φ时,又变消 光。 5、实验表明:从石英晶体透射出来的 光仍是线偏振光,但其振动面各向 左或向右旋转了一个角度φ,此称为 旋光现象。 (见图5-2)
4
5
6、旋光率: 实验表明,振动面旋转角度φ与石 英晶片的厚度d成正比。 φ= α d 比例系数α叫做石英的旋光率, α 的数值因入射光的波长不同而不同。在 白光的照射下,不同颜色的振动面旋转 的角度φ不同。
n 2n0 n n 0
4 2 2 4 0 2
n n
2 2 0
(2.5-5)
19
将(2.5-5)式代如菲涅耳方程 得,
i 0 i 0 0 E x E x iE y 0 E y iE x E y 0 2 2 n0 E n 0 Ez z
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