南京大学-张学进-光学cha

1,5-10感应光效应(Inducedopticaleffects),2,1.机械感应-光弹效应(Photoelasticity),3,图示：检偏器旋转时的干涉色的变化,起偏器,检偏器,透明物,加压,加压,光弹演示1,光弹演示2,4,各向同性或异性材料在外力作用下产生各向异性的变化,例如：玻璃或塑料拉伸或压缩各向异性,应力变化大的地方,条纹密;应力变化小的地方,条纹疏.,5,6,光纤传感器,光弹的应用,7,2.电感应-电光效应(Electro-opticaleffect),在一些材料上加上电场各向异性,电致双折射,其强弱程度与电场强度有关,8,a.电光Kerr效应（1875年）,-某些各向同性透明介质（如硝基苯溶液)在电场下成为单轴双折射材料，光轴平行于电场，平行于电场的光振动的折射率为n|，垂直于电场的光振动的折射率为n,Kerr盒（内装电致双折射材料）,液体中的Kerr效应装置,9,图示：光轴平行于入射面时的o光和e光的相对位相延迟,硝基苯溶液：,10,o光和e光的相对位相差:,P1P2,11,b.Pockels效应（1893年）,一些晶体（电光晶体），加上外电场后，单轴晶体成为双轴晶体，双折射大小与电场强度得一次方成正比,Pockels效应（线性电光效应）,图示：Pockels实验,12,-一次电光效应,所需电压比Kerr效应要低，同样可做成高速开关,13,3.磁光效应(Magneto-opticaleffect),直线偏振光通过放在磁场中的透明介质（如玻璃）时发生旋光现象,(1)磁致旋光-磁光Faraday效应,法拉第（MichaelFaraday，17911867）伟大的英国物理学家、化学家。法拉第出身贫寒，自学成才，工作勤奋，热心科普工作，是实验大师。他发现了电磁感应现象、法拉第电解定律和磁致旋光效应，提出了力线和场的概念，主张自然界的各种力相互有关，反对超距作用的观点。J.C.麦克斯韦电磁场理论是在法拉第工作的基础上建立的。法拉第的主要著作有电学实验研究、化学和物理学实验研究、日记。1845年8月,法拉第研究电和磁对偏振光的影响,9月用过去研制的重玻璃做实验，发现原来没有旋光性的重玻璃在强磁场的作用下产生旋光性，使偏振光的偏振面发生偏转。这是人类第一次认识到电磁现象和光现象之间的关系。磁致旋光效应后来称为法拉第效应。,磁致旋光效应Opto-magneticeffect,TheFaradayeffect:thepolarizationrotationisproportionaltotheVerdetconstant,b=VBdwherebisthepolarizationrotationangle,Bisthemagneticfieldstrength,disthedistance,andVistheVerdetconstantofthematerial.,实验还表明，磁致旋光性与天然旋光性是有差别的。天然旋光性的右旋和左旋取决于物质的结构，与光的传播方向无关；磁致旋光性的右旋和左旋与光相对于磁场的传播方向有关，若光沿磁场方向传播是左旋的，则逆着磁场方向传播变为右旋。所以，线偏振光往返两次通过天然旋光物质，振动面将恢复到原先的方位。,而线偏振光往返两次通过磁致旋光物质情况就不同了，如果光沿磁场方向通过，振动面左旋了q角，那么当它沿原路径逆着磁场返回时，物质变为右旋的，振动面又旋转了q角，这样往返两次通过同一物质振动面共旋转了2q角。利用磁致旋光的这种性质，可以制成光隔离器、光调制器等器件。,FaradayRotators,中国制法拉第旋转器,17,(1)磁致旋光-磁光Faraday效应,18,实验发现：旋转角,Faraday效应,Verdet常数，与材料性质、温度、波长等有关,Verdet常数0左旋；,Verdet常数0右旋；,如：玻璃Verdet常数（500nm时）0.0166o/厘米/高斯,19,控制电压，即可控制旋光角的大小和方向，从而控制第二个偏振片后的光强,光调制器,20,光信号的调制通过光调制器，将携带信息的电信号通过光调制器转换成调制的光信号。,调制器,被调制的光信号,入射光束,电信号,包括：幅度调制、频率调制、相位调制、偏振调制,21,正向通过：,反向通过：,图示：天然物质的旋光性,Faraday旋光效应与天然旋光物质的旋光的比较,22,上图示：天然物质的旋光性，旋转角方向与光的传播方向有关,下图示：Faraday效应中的旋光性，旋转角方向与传播方向无关，只与磁场方向有关。,23,Faraday效应的非倒易性旋光特性,X,Y,偏振片,透光轴,前进,磁场B,Z,返回,不能通过,Faradayrotatorandisolator,25,磁性材料,X,Y,入射光,反射光,q,磁光Kerr效应,X,Y,Z,(2).磁光Kerr效应,直线偏振光正入射到处于磁场中的磁性介质（如铁、钴、镍等领）表面反射时，反射光偏振面发生旋转磁光Kerr效应,注：反射光通常为椭圆偏振光,26,磁性材料,X,Y,入射光,反射光,q,磁光Kerr效应,X,Y,Z,磁光Kerr效应的应用：,磁光记录磁光盘；,材料的物性分析；,光调制元件。,27,透明材料,Z,入射光,透射光,q,磁光Faraday效应,磁性材料,X,Y,入射光,反射光,q,磁光Kerr效应,X,Y,Z,28,光开关-控制外加的电磁场即可控制光路的开和关光调制器-电磁信号转换为光信号显示器件-电磁信号转换成显示画面，如液晶显示,电光效应和磁光效应的一些应用,29,4.液晶(Liquidcrystal),一些小分子有机化合物溶液，主要结构特征是棒状分子结构，在局部范围内由于相互作用，会有规则地排列液晶，从而产生类似于晶体的各向异性。,一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态。,既具有晶体所具有的各向异性造成的双折射性，又具有液体所特有的流动性。,30,31,导向层,导向层,液晶由于它的各向异性而具有电光效应，尤其是具有扭曲向列效应，可以制造出不同类型的显示器件,扭曲向列型液晶(twisted-nematicliquidcr