胡伟-光电功能材料 l7 外场作用下晶体的光学性质ppt课件

1、1第七讲：外场作用下晶体的光学性质第七讲：外场作用下晶体的光学性质光电功能资料胡伟、陆延青南京大学现代工程与运用科学学院2sin21iIIT;jijiED0jijiDE01zyxzyxzyxzyxzyxDDDnnnDDDEEE2220010001000111000100011xyzKSD1E1E2D2如何调理？将导致大量运用;1 电光效应及其运用1.1 电光效应的根本概念1.2 电光效应的种类1.3 电光效应的实际描画;1.1 电光效应的根本概念 各向同性的、均匀的、线性的、稳定光学介质，在不受任何外电场作用时，其光学性质是稳定的。 现对该介质施加一个外电场，当加到介质上的外电场足够强、以致于

2、强到足以和原子的内电场 3108 V/cm相比较时，原子的内电场就会遭到剧烈的影响，原子的外形和能级构造等就会发生一系列畸变；与之相应，介质的光学性质也会发生改动即介质的折射率会发生改动，折射率的改动量与外加电场亲密相关，并且是外电场的显函数。; 就这样，本来属于各向同性的、均匀的、线性的、稳定光学介质，在足够强的外电场作用下，因其光学性质发生改变而成为各向异性光学介质，产生光的双折射景象。 对于各向异性的光学晶体，在足够强的外电场作用下，其光学各向异性性质会进一步加剧。 介质在足够强的外电场作用下，其光学性质发生改动即折射率发生变化的这一景象，叫做电致感应双折射，或者称为电光效应。;1.2

3、电光效应的种类 按照介质折射率改动量与外加电场之间的函数关系的不同，可将电光效应划分为以下两个大的类型： 1.线性电光效应 介质折射率改动量与外加电场的一次方成正比。 2.非线性电光效应 介质折射率改动量不仅与外加电场的一次方有关，而且还与外加电场的二次方、三次方、乃至恣意的高次方有关，并且是它们的显函数。 ;非线性电光效应又分为两种：1二次电光效应介质折射率改动量与外加电场的二次方成正比。2恣意高次电光效应 介质折射率改动量与外加电场的恣意高次方成正比。本章重点学习线性电光效应和二次电光效应。;Friedrich Carl Alwin Pockels(1865 1913)线性电光效应线性电光

4、效应John kerr(1824-1907)二次电光效应二次电光效应;1.3 电光效应的实际描画 光在晶体中的传播规律服从光的电磁实际，利用折射率椭球可以完好而方便地描画出表征晶体光学特性的折射率在空间各个方向的取值分布。 外加电场对晶体光学特性的影响，必然会经过折射率椭球的变化反映出来。 因此，可以经过晶体折射率椭球的大小、外形和取向的变化，来研讨外电场对晶体光学特性的影响。;假设令：那么折射率椭球的表示式为：假设将没有外加电场的晶体折射率椭球记为：那么外加电场后，晶体的感应折射率椭球可记为：3,2,1,12jinxxijjiijijn211jiijxx10jiijxx1jiijxxijij

5、orB由空间解析几何实际，描画晶体光学各向异性的折射率椭球在直角坐标系(O-x1x2x3)中的普通方式为：; 那么折射率椭球的变化可方便地用系数的变化Bij描画： 在这里，仅思索Bij 是由外加电场引起的，它应与外加电场有关系。普通情况下，Bij可以表示成 ： 上式中，等号右边第一项描画了ij与Ek的线性关系， ijk是三阶张量，称为线性电光系数，由这一项所描画的电光效应叫做线性电光效应，或普克尔(Pockels)效应；等号右边第二项描画了Bij与外加电场的二次关系，hijpq是四阶张量，称为二次非线性电光系数，由这一项所描画的电光效应叫作二次电光效应，或克尔(Kerr)效应。1)(0jiij

6、ijxxij=ijkEk+hijpqEpEq+ i, j, k, p, q=1,2, 3 ;一次电光效应只存在于不具有对称中心的20类点群中432点群不具有对称中心，但因对称性较高，仍无一次电光效应故压电晶体一定具有一次电光效应，而二次电光效应那么存在于一切透明介质中。 电介质资料电介质资料线性电光资料线性电光资料热释电资料热释电资料铁电资料铁电资料利用铁电畴利用铁电畴调制的的介调制的的介电体超晶格电体超晶格322010;2 晶体的电光效应及运用2.1 晶体的线性电光效应2.2 晶体的二次电光效应2.3 晶体电光效应的运用ij=ijkEk+hijpqEpEq+ i, j, k, p, q=1,

7、2, 3 ;2.1 晶体的线性电光效应1. 线性电光系数 如上所述，在主轴坐标系中，无外加电场晶体的折射率椭球为： 外加电场后，由于线性电光效应，折射率椭球发生了变化，它应表示为普通折射率椭球的方式：1230322022101xBxBxB1233323321331322322221221311321122111xBxxBxxBxxBxBxxBxxBxxBxB;折射率椭球的系数Bij实践上是晶体的相对介电常数ij的逆张量，故Bij也是二阶对称张量，有Bij=Bji。因此Bij只需六个独立分量，故上式可简化为：外加电场后，晶体折射率椭球系数Bij的变化为：122221121331322323332

8、2222111xxBxxBxxBxBxBxB211231312323033333022222011111BBBBBBBBBBBBBBB;思索到Bij是二阶对称张量，将下标i和j交换其值不变， 所以可将它的二重下标简化成单个下标，其对应关系为：654321123123332211BBBBBBBBBBBB相应的Bij也可简化为有六个分量的矩阵：123123332211654321BBBBBBBBBBBB; 对于线性电光系数ijk，因其前面两个下标i, j互换时，对Bij没有影响，所以也可简化为单个下标。经过这些简化后，只计线性电光效应，可得： Bi=ijEj i = 1, 2, , 6; j =

9、1, 2, 3 相应的矩阵方式为:式中的(63)矩阵就是线性电光系数矩阵，它描画了外加电场对晶体光学特性的线性效应。321636261535251434241333231232221131211654321EEEBBBBBB;2.几种晶体的线性电光效应A. KDP型晶体的线性电光效应 KDP(KH2PO4,磷酸二氢钾)晶体是水溶液培育的一种人工晶体，由于它很容易生长成大块均匀晶体，在0.21.5 m波长范围内透明度很高，且抗激光破坏阈值很高，所以在光电子技术中有广泛的运用。它的主要缺陷是易潮解。 KDP晶体是单轴晶体，属四方晶系。属于这一类型的晶体还有ADP(磷酸二氢氨)、KD*P(磷酸二氘钾

10、)等，它们同为42 m晶体点群，其外形如右图所示，光轴方向为x3轴方向。KDP型晶体外型图;(1) KDP型晶体的感应折射率椭球 KDP型晶体无外加电场时，折射率椭球为旋转椭球，在主轴坐标系(折射率椭球主轴与晶轴重合)中，折射率椭球方程为:式中：分别为单轴晶体的寻常光和非常光的主折射率。1)(2303222101xBxxBeennnnBBnnB,;/ 1/ 1;/ 1/ 102230302202101; 当晶体外加电场时，折射率椭球发生形变。查阅手册可知，KDP(42 m晶类)型晶体的线性电光系数矩阵其i为：321634141654321000000000000000EEEBBBBBB; 因此

11、：因此：363624151414321000EBEBEBBBB由此，可得KDP型晶体的感应折射率椭球表示式：12)(22136313232141230322022101xxExxExxExBxBxB;(2) 外加电场平行于光轴的电光效应 相应于这种任务方式的晶片是从KDP型晶体上垂直于光轴方向(x3轴)切割下来的，通常称为x3 -切割晶片。在未加电场时，光沿着x3方向传播不发生双折射。当平行于x3方向加电场时，感应折射率椭球的表示式为：或者 12)(213632303222101xxExBxxB122136322322221xxEnxnxxeo; 为了讨论晶体的电光效应，首先应确定感应折射率椭

12、球的外形，也就是找出感应折射率椭球的三个主轴方向及相应的长度。为此，我们进一步调查感应折射率椭球的方程式。 可以看出，这个方程的x23项相对无外加电场时的折射率椭球没有变化，阐明感应折射率椭球的一个主轴与原折射率椭球的x3轴重合，另外两个主轴方向可绕x3轴旋转得到。 假设感应折射率椭球的新主轴方向为 ， 那么由 构成的坐标系可由原坐标系(O-x1x2x3)绕x3轴旋转角得到，相应的坐标变换关系为：321xxx、321xxx、;经过实际推证，可得：由于x1，x2，x3为感应折射率椭球的三个主轴方向，所以上式中的交叉项为零，即应有：33212211cossinsincosxxxxxxxx1)sin

13、(cos21cossin21cossin2121223632 322 236322 13632xxExnxEnxEneoo0)sin(cos22122363xxE; 由于63、E3不为零，只能是： cos2-sin2=0所以： =45 故x3-切割晶片沿光轴方向外加电场后，感应折射率椭球的三个主轴方向为原折射率椭球的三个主轴绕x3轴旋转45得到，该转角与外加电场的大小无关，但转动方向与电场方向有关。假设取=45，折射率椭球方程为：11112 322 236322 13632xnxEnxEneoo;或者写成：即 该方程是双轴晶体折射率椭球的方程式。这阐明，KDP型晶体的x3-切割晶片在外加电场E

14、3后，由原来的单轴晶体变成了双轴晶体。其折射率椭球与x1Ox2面的交线由原来的r=no的圆，变成如今的主轴在45方向上的椭圆，如右图所示。0)()(2 3032 2363012 136301xBxEBxEB12 332 222 11xBxBxB折射率椭球与x1Ox2面的交线 ; 如今进一步确定感应折射率椭球的三个主折射率。 首先，将=45时的折射率椭球方程变换为： 由于63的数量级是10-10cm/V，E3的数量级是104 V/cm，所以63E31, 故可利用幂级数展开，并只取前两项的关系，将上式变换成：11)1 (1)1 (12 322 2363222 136322xnxEnnxEnneoo

15、oo121121122 32363222 22363222 1eoooonxEnnxEnnx; 由此，得到感应折射率椭球的三个主折射率为： 以上讨论了x3-切割晶片在外加电场E3后，光学特性(折射率)的变化情况。下面，详细讨论两种通光方向上光传播的双折射特性。eoooonnEnnnEnnn336332363312121;.光沿x3方向传播 在外加电场平行于x3轴(光轴)，而光也沿x3(x3)轴方向传播时，由63奉献的电光效应，叫63的纵向运用。在这种情况下，相应的两个特许偏振分量的振动方向分别平行于感应折射率椭球的两个主轴方向(x1和x2)，它们的折射率由n1和n2给出，这两个偏振光在晶体中以

16、不同的折射率(不同的速度)沿x3轴传播，当它们经过长度为d的晶体后，其间相位差由折射率之差：决议，为Ennnno 633123Edndnno633122)(2; 式中，Ed恰为晶片上的外加电压U, 故上式可表示为： 通常把这种由外加电压引起的二偏振分量间的相位差叫做“电光延迟。 由上式可见，63纵向运用所引起的电光延迟正比于外加电压，与晶片厚度d无关。当电光延迟=时，相应于两个偏振光分量的光程差为半个波长，相应的外加电压叫半波电压，以U或U/2表示。由此可以求得半波电压为：Uno63326332/2onU; 它只与资料特性和波长有关，在实践运用中，它是表征晶体电光效应特性的一个很重要的物理参量

17、。 例如，在=0.55m的情况下，KDP晶体的no=1.512, 63 = 10.610-10cm/V，U/2 = 7.45 kV; KD*P 晶体的no = 1.508, 63 = 20.810-10cm/V, U/2 = 3.8 kV。;2.3 晶体的二次电光效应1.晶体二次电光效应的实际描画 实验证明，自然界有许多光学各向同性的固体、液体和气体在强电场(电场方向与光传播方向垂直)作用下会变成各向异性，而且电场引起的双折射和电场强度的平方成正比， 这就是众所周知的克尔效应，或称为二次电光效应。克尔效应可以存在于一切电介质中，某些极性液体(如硝基苯)和铁电晶体的克尔效应很大。; 一切晶体都具

18、有二次电光效应。但是在没有对称中心的20 类晶体中，它们的线性电光效应远较二次电光效应显著，所以对于这类晶体的二次电光效应普通不予思索。在具有对称中心的晶体中，它们最低阶的电光效应就是二次电光效应，但我们感兴趣的只是属于立方晶系的那些晶体的二次电光效应。由于这些晶体在未加电场时，在光学上是各向同性的，这一点在运用上很重要。; 如前所述，克尔效应的普通表达式为：式中，Ep、Eq是外加电场分量；hijpq是晶体的二次电光系数(或克尔系数)，它是一个四阶张量。 在二次电光效应中，人们习惯于将Bij与晶体的极化强度联络起来，用下式表示： ij=gijpqPpPq i, j, p, q=1, 2, 3i

19、j=hijpqEpEq i, j, p, q=1, 2, 3 ; 其中，Pp,Pq是晶体上外加电场后的极化强度分量，gijpq也叫二次电光系数，普通手册给出的是gijpq。 可以证明，hijpq和gijpq都是对称的四阶张量，均可采用简化下标表示，即ijm,pqn, m、n的取值范围是从 1 到 6。于是，四阶张量的克尔系数可以从九行九列的方阵简化成六行六列的方阵。所以，在这种情况下，以上两式可以写成以下方式：6 , 2 , 1,6 , 2 , 1,22nmPgBnmEhBnmnmnmnm; 当当n=4, 5, 6n=4, 5, 6时，有：时，有：有时当并且其中,3 , 2 , 1,.;,21

20、2613253224; 33232222112121263224332322221121nPPPPPPPPPPPPPPPPPPEEEEEEEEEEEEEEEijpqmnijpqmngghhijpqmnijpqmngghh22;2. m3m晶类的二次电光效应 下面，详细调查一下m3m晶类的二次电光效应。属于这类晶体的有KTN(钽酸铌钾)，KTaO3(钽酸钾)，BaTiO3(钛酸钡)，NaCl(氯化钠)，LiCl(氯化锂), LiF(氟化锂)，NaF(氟化钠)等。 未加电场时，这些晶体在光学上是各向同性的，折射率椭球为旋转球面：1202320222021xxxxxx; 当晶体外加电场时，折射率椭球

21、发生变化，根据前述公式和m3m晶类的二次电光系数矩阵，其二次电光效应矩阵关系为： 262524232221444444111212121112121211654321000000000000000000000000PPPPPPggggggggggggBBBBBB; 由此得出：264462544524444231122122112323122211211222312221221111PgBPgBPgBPgPgPgBPgPgPgBPgPgPgB;将上面分量代入折射率椭球的普通方式，即可得到：122211121264431254432244423231122122112202223122211211

22、2202123122212211120 xxPgxxPgxxPgxPgPgPgnxPgPgPgnxPgPgPgn; 如今讨论一种简单的情况：外电场沿着001方向(x3轴方向)作用于晶体，即E1=E2=0, E3=E 由于立方晶体的电场E和极化强度有如下关系： Pi=0Ei i=1, 2, 3 1111232220112022222012202122201220 xEgnxEgnxEgn; 显然，当沿x3方向外加电场时，由于二次电光效应，折射率椭球由球变成一个旋转椭球，其主折射率为：222011300322201230022220123001212121EgnnnEgnnnEgnnn; 当光沿x

23、3方向传播时，无双折射景象；当光沿100方向(x1方向)传播时，经过晶体产生的电光延迟为：)()()(212112222030121122203032ggdlUngglEnlnn 相应的半波电压为：)(12112203022/gglndU;2.3 2.3 晶体电光效应的运用晶体电光效应的运用1.电光调制 将信息电压(调制电压)加载到光波上的技术叫光调制技术。利用电光效应实现的调制叫电光调制。以下图是一种典型的电光强度调制器表示图，电光晶体(例如KDP晶体)放在一对正交偏振器之间，对晶体实行纵向运用，那么加电场后的晶体感应主轴x1、x2方向，相对晶轴x1、x2方向旋转 45，并与起偏器的偏振轴P

24、1成45夹角。;可以求得，经过检偏器输出的光强I与经过起偏器输入的光强I0之比为 ： 当光路中未插入1/4 波片时，上式的即是电光晶体的电光延迟。由此可以求得，有：于是：称I/I0为光强透过率(%)，它随外加电压的变化如下图。2sin20II2/UU2/202sinUUII; 透过率与外加电压关系图 ; 假设外加电压是正弦信号：那么透过率为： 该式阐明，普通的输出调制信号不是正弦信号，它们发生了畸变。 假设在光路中插入1/4波片，那么光经过调制器后的总相位差是(/2+)，因此，经过检偏器输出的光强I与经过起偏器输入的光强I0之比变为：)sin(0tUUm)sin(2sin2/20tUUIIm)

25、sin(24sin2/020tUUIIm;任务点由O移到A点。在弱信号调制时，U1，所以AB面上各点的振动传到AB(AB)面上时，经过了不同的光程：光束经过光楔的偏转 ; 由A到A,整个路程完全在空气中,光程为l；由B到B,整个路程完全在玻璃中,光程为nl；A和B之间的其它各点都经过一段玻璃,例如,由C到C,光程为nl+(l-l)=l+(n-1)l。从上到下，光在玻璃中的路程l线性添加，所以整个光程是线性添加的。因此，透射波的波阵面发生倾斜，偏角为 ，由下式决议：DnlDln) 1(;KDP楔形棱镜偏转器 ;3 弹光效应与声光效应3.1 弹光效应的根本概念3.2 弹光效应和弹光系数3.3 声光

26、效应的根本概念3.4 声光效应与声光衍射;3.1 弹光效应的根本概念 各向同性的、均匀的、线性的、稳定光学介质，在不受任何外力作用时，其光学性质是稳定的。 对该介质施加一个外力作用，介质在外力作用下就会发生形变。假定介质的形变在弹性限制范围以内，故介质不至于在力的作用下被损坏。在这种情况下，介质之中就会产生弹性应力和弹性形变；与之相应，介质的光学性质也会发生改动。光学性质的变化，主要表如今介质折射率的改动上，并且折射率的改动量与外力在介质内所产生的张应力的大小亲密相关、并且是张应力的显函数。; 就这样，本来属于各向同性的、均匀的、线性的、稳定光学介质，在足够大的外力作用下，因其光学性质发生改动

27、而转变成为各向异性的非线性光学介质，其结果直接导致了这种介质可以产生光的双折射景象。 实验研讨阐明：对于各向异性的光学晶体而言，在足够大的外力作用下，其光学各向异性性质也会进一步加剧。 介质在足够大的外力作用下，其光学性质发生改动即折射率发生变化的这一景象，叫做弹光效应。;3.2 弹光效应和弹光系数1. 弹光效应的实际描画2. 弹光效应的计算例如;1. 弹光效应的实际描画2. 弹光效应可以按照电光效应的方法进展处置，即应力或3. 应变对介质光学性质(介质折射率)的影响，可以经过介质折4. 射率椭球的外形和取向的改动来描画。5. 假设介质未受外力作用时的折射率椭球为：6. 介质遭到应力作用后的折

28、射率椭球变为：7. 或者3 , 2 , 1,10jixxBjiij1jiijxxB1)(0jiijijxxBB; 式中，Bij为介质受应力作用后，折射率椭球各系数的变化量，它是应力的函数： Bij =f() 假设思索线性效应，略去一切的高次项，Bij可表示为 Bij = ijklkl i,j,k,l=1,2,3 在此,思索了介质光学性质的各向异性,以为应力kl和折射率椭球的系数增量Bij都是二阶张量,ijkl是压光系数，它是一个四阶张量，有 81 个分量。; 根据虎克(Hooke)定律，应力和应变有如下关系：kl=CklrsSrs k, l, r, s = 1, 2, 3 式中，Srs是弹性应

29、变；Cklrs是顽强系数。于是，ij可用应变参量描画：Bij = ijklCklrssrs = Pijrssrs 式中，Pijrs=ijklCklrsPijrs叫弹光系数，它也是四阶张量，有81个分量。 由于ij和kl都是对称二阶张量，有ij =ji，kl=lk，所以有ijkl=jilk，故可将前后两对下标ij和kl分别交换成单下标，将张量用矩阵表示。相应的下标关系为:;张量表张量表示示( (ijij) )( (klkl) )( (rsrs) ) 11223323,3231,1312,21矩阵表矩阵表示示( (m m) )( (n n) ) 123456且有：n=1, 2, 3时，mn=ijk

30、l, 如21=2211n=4, 5, 6时，mn=2ijkl, 如24=22223 ; 采用矩阵方式后，那么有： 这样，压光系数的分量数由张量表示时的 81 个减少为 36 个。应指出，mn在分量方式上与二阶张量分量类似，但它不是二阶张量，而是一个 66 矩阵。 类似地，对弹光系数Pijkl的下标也可以进展简化，于是可得矩阵(分量)方式如下： Bm = Pmnsn m,n=1, 2, ,6 与mn的差别是，Pmn的一切分量均有Pmn = Pijkl, 并且有Pmn = mrCrn(m,n,r=1, 2, , 6)。Bm=mnn m, n=1, 2, , 6;2. 弹光效应的计算例如(1). 2

31、3、m3立方晶体遭到平行于立方体轴的单向应力作用 假设立方晶体的三个主轴为x1,x2、x3，应力平行于x1方向，那么施加应力前的折射率椭球为旋转球面，方程式为：式中，B0=1/n02。在应力作用下，折射率椭球发生了变化，在普通情况下，方程式可表示如下：1)(2322210 xxxB1222216135324233222211xxBxxBxxBxBxBxB; 根据前述的有关公式及立方晶体的mn矩阵方式，有以下矩阵方程成立： 由此可得：00000000440000004400000000000000000012131144111312121113131211654321BBBBBB11201011

32、nBBB;由此推得： 01165412203031320202BBBnBBBnBBB1111231220221320211120 xnxnxn; 可见，当晶体沿x1方向加单向应力时，折射率椭球由旋转球变成了椭球，主轴仍为x1 、x2、x3，立方晶体变成双轴晶体，相应的三个主折射率为：123003133002113001212121nnnnnnnnn;3.3 声光效应的根本概念 各向同性的、均匀的、线性的、稳定光学介质，在不受任何声波场作用时，其光学性质是稳定的。但是，当它遭到声波场例如，超声波作用时其光学性质就要发生变化。 众所周知，超声波是一种弹性机械波,当它经过介质时,介质中各点就会出现随

33、时间和空间呈周期性变化的弹性应变。进而导致了介质中随时间和空间呈周期性变化的弹光效应的产生，结果使得介质中各点的折射率也会产生相应的周期性变化。 当光经过有超声波作用的介质时，相位就要遭到调制，其结果好像它经过一个衍射光栅，光栅间距等于声波波长，光束经过这个光栅时就要产生衍射,这就是通常察看到的声光效应。由此可见，声光效应本质上是一种特殊的弹光效应。;3.4 声光效应与声光衍射1. 喇曼乃斯衍射2. 2. 布拉格衍射;1. 喇曼乃斯衍射2. 1)超声行波的情况 3. 假设频率为的超声波是沿x1方向传播的平面纵波，波4. 矢为Ks，那么如下图，在介质中将引起正弦方式的弹5. 性应变：6. 相应地

34、将引起折射率椭球的变化，其折射率椭球系数的7. 变化为：)sin(111txKSSs111111112111SPnB; 喇曼喇曼乃斯声光衍射乃斯声光衍射 ;2. 布拉格衍射 在实践运用的声光器件中，经常采用布拉格衍射方式工作。布拉格衍射是在超声波频率较高，声光作用区较长，光线与超声波波面有一定角度斜入射时发生的。这种衍射任务方式的显著特点是衍射光强分布不对称，而且只需零级和+1 或 -1 级衍射光，假设恰当地选择参量，并且超声功率足够强，可以使入射光的能量几乎全部转移到零级或 1 级衍射极值方向上。因此，利用这种衍射方式制造的声光器件，任务效率很高。;布拉格方程 由于布拉格衍射任务方式的超声波

35、频率较高，声光相互作用区较长，所以必需思索介质厚度的影响，其超声光栅应视为体光栅。下面，我们讨论这种体光栅的衍射极值方向。假设超声波面是如以下图所示的部分反射、部分透射的镜面，各镜面间的间隔为s。现有一平面光波A1B1C1相对声波面以i角入射，在声波面上的A2,B2,C2和A2等点产生部分反射，在相应于它们之间光程差为光波长的整数倍、或者说它们之间是同相位的衍射方向d上，其光束相关加强。 平面波在超声波面上的反射 ; 布拉格声光衍射 mssin2;2).布拉格衍射光强 由光的电磁实际可以证明，对于频率为的入射光， 其布拉格衍射的1 级衍射光的频率为， 相应的零级和 1 级衍射光强分别为:式中，

36、V是光经过声光介质后，由折射率变化引起的附加相移。可见，当V/2=2时，I0=0,I1=Ii。这阐明，经过适当地控制入射超声功率(因此控制介质折射率变化的幅值(n)M)，可以将入射光功率全部转变为 1 级衍射光功率。根据这一突出特点，可以制造出转换效率很高的声光器件。2sin2cos2120VIIVIIii;4 磁光效应及其运用4.1 晶体的旋光效应4.2 磁光效应法拉第效应4.3 磁光效应的运用;4.1 晶体的旋光效应1. 自然旋光景象2. 2. 自然旋光景象的实际解释3. 3. 自然旋光景象的实验验证;1. 自然旋光景象2. 1811 年, 阿喇果(Arago)在研讨石英晶体的双折射特性3

37、. 时发现：一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，其振4. 动平面会相对原方向转过一个角度，如下图。由于5. 石英晶体是单轴晶体，光沿着光轴方向传播不会发生双折6. 射，因此阿喇果发现的景象应属另外一种新景象，这就是旋7. 光景象。稍后，比奥(Biot)在一些蒸汽和液态物质中也察看8. 到了同样的旋光景象。; 实验证明，一定波长的线偏振光经过旋光介质时，光振动方向转过的角度与在该介质中经过的间隔l成正比， =l 比例系数表征了该介质的旋光身手，称为旋光率，它与光波长、介质的性质及温度有关。 介质的旋光身手因波长而异的景象称为旋光色散，石英晶体的旋光率随光波长的变化规律如下图。 例如，石英晶体

38、的在光波长为 0.4m时，为49/mm；在0.5m时，为31/mm；在0.65 m时，为16/mm；而胆甾相液晶的约为18 000/mm。; 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， 式中,称为溶液的比旋光度；c为溶液浓度。在实践应用中,可以根据光振动方向转过的角度,确定该溶液的浓度。=cl ; 实验还发现，不同旋光介质光振动矢量的旋转方向能够不同，并因此将旋光介质分为左旋和右旋。当对着光线察看时， 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。例如，葡萄糖溶液是右旋光介质，果糖是左旋光介质。自然界存在的石英晶体既有右旋的，也有左旋的，它们的旋光身手在数值上相等，但