光在晶体中的传播(旋光)部分习题

R光波面
R光波面
光轴
18
a→ b→ c → d 圆偏振光→椭圆偏振光→线偏振光（e光、 o光） 其中：R光是快光，L光是慢光. 对于左旋石英晶体，正好相反，L 光是快光，R光是慢光
19
3、如前所分析可得： 若将石英晶体切成垂直于光轴的晶 片，它具有旋光性，切成平行于光轴的 晶片，它与普通无旋光晶体一样，可以 制成等位相延时片。如果倾斜切割，则 可获得椭圆偏振的双折射（存在L光和R 光，即旋光现象）。 四、旋光现象的应用
9
10
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，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）
11
12
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
1
2
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）
3
4
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。
锗酸铋（BGO）晶体 磁光玻璃SF-57 磁光玻璃SF-6 轻火石玻璃 石英晶体（垂直光轴） 食盐 水 二硫化碳
自然旋光与磁致旋光的区别：
自然旋光介质具有互易性（服从可逆性原理），迎着光看，左旋介质 总使光的偏振面逆时针旋转，右旋介质总使光的偏振面总是顺时针旋转。 因此，当透射光波由于反射而再次反向穿过自然旋光介质时，其偏振面将 回到初始位置。 磁光介质具有非互易性（不服从可逆性原理），入射平面偏振光的偏 振面旋转方向与磁场的正方向有关。迎着光看，当光波沿磁场的正方向传 播时，偏振面顺时针旋转；当光波沿磁场的负方向传播时，偏振面逆时针
20
溶液的旋光规律： Dy：平面偏振光波在旋光性溶液中传播时其偏振面的旋转角度； N：溶液浓度；z：光波在溶液中的传播距离；[a]：溶液的比旋 光率。
应用：测量溶液中旋光物质的浓度 溶液的浓度： l：液池长度; y：平面偏振光穿过液池后光振动面旋转角度
21
磁致旋光效应-法拉第效应
法拉第效应：平面偏振光在某些有磁场作用的非旋光物质中传播时，若传
16
2、作为旋光物质的石英正晶体具有新 Baidu Nhomakorabea特点
（1）两层波面（L光和R光）在与光轴交点处 并不相切。 （2）只有垂直于光轴传播时两光线（R光、L 光）才是线偏振光,即前述的O光和E光；沿 光轴传播，它们分别是左、右旋圆偏振光， 即L光和R光。 （3）当光线沿任意倾斜方向传播时，两光线 都是椭圆偏振光。 （4）L光、R光由圆偏振光向线偏振光是一个 逐步转化的过程:见图5-7（右旋石英晶体） 17
25
作业
• P227 习题4，5，6
26
§5、旋光
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 ），并且三者的平面平行； 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 图5-1）
5
α与λ的关系见下表：
6
7、旋光色散 由于各种不同颜色的光的旋转 角不同，旋转偏振片Ⅱ不能同时消 光，在偏振片后面观察到的将是色 彩的变化，此现象称为旋光色散。 8、实验表明，石英晶体有左旋和右旋 两种晶体，其与石英的结构有关， 它们的外形完全相似，只是一种是 另一种的镜像反演。两种晶体使振 动面旋转的方向相反。（见图5-3）
13
6、菲涅耳石英晶体旋光验正实验 （1）、起初菲涅耳用单个石英晶体来观察， 由于nR与nL的差别太小，未能获得成功。 （2）、用左、右旋石英晶体制成棱镜交 替排列起来，构成复合棱镜，结果能较好 的观察到左旋光和右旋光。（见图5-6） 其原因分析作为思考题，留给同学们 课后思考。 （Note: 比较nR 、 nL，利用折射定律去分 析。）
14
菲涅耳复合棱镜：右旋光R：右旋石英棱镜(nR<nL)；左旋光L：左旋晶体棱 镜(nR>nL)
L 右旋圆偏振光
左旋圆偏振光
R
R
图6.6-4 菲涅耳复合棱镜
对于右旋光：从R到L为从波疏到波密
对于左旋光：从R到L为从波密到波疏，其余同理
15
三、旋光晶体内的波面
1、负晶体与正晶体（复习） 负晶体（冰洲石）: ve ＞ v0 no ＞ne （内切球） 正晶体（石英）: ve ＜ v0 no＜ne （外切球） （见图1－6）
播方向沿磁场作用方向，则光波的偏振面将发生旋转，其转 角y正比于与磁感应强度B和所穿过介质的长度l，即
V：费尔德（Verdet）常数
电极
磁场B
图6.6-5 法拉第效应
22
磁致旋转方向：服从左手螺旋法则，即拇指制向磁场正方向，则四指弯曲 的方向为偏振光旋转方向。
表6.6-3 某些介质的费尔德常数
介 质 温度/℃ 室温 室温 室温 18 20 16 20 20 波长/nm 632.8 632.8 632.8 589.3 589.3 589.3 589.3 589.3 V/(o) · -1· -1） T m 1.797×103 1.115×103 1.017×103 5.28×102 2.77×102 5.98×102 2.18×102 7.05×102 23
7
8
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）
旋转。因此，当透射光波由于反射而再次反向穿过磁光介质时，其偏振面
将相对于初始方向旋转2y角。 用途:磁光隔离器---在光通信和激光器系统中用以隔离后续系统反馈的 光信号
24
小结：
本节对旋光现象作了简单介绍，其 理论基础是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。