磁光效应和磁光调制学习教案

1、会计学1磁光效应和磁光调制磁光效应和磁光调制(tiozh)第一页，共15页。 光在晶体中沿光轴方向传播时，不产生双折射现象。但在很多晶体中，线偏振光沿光轴方向通过晶体后，偏振面却发生(fshng)了旋转，这就是旋光效应旋光现象旋光现象(xinxing)一、自然一、自然(zrn)旋光效旋光效应应l第1页/共14页第二页，共15页。 F为滤色片；M为起偏器；C是旋光物质（例如是晶面与光轴垂直的石英(shyng)片）旋光物体放在两个正交的偏振片M与N之间，将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器 N 旋转一个角度，又可得到零视野MNFC说明：光轴垂直于入射表面说明：光轴垂直于入射表面(biomin)，即

2、入射光波矢平行于光轴，即入射光波矢平行于光轴实验证明实验证明(zhngmng)：振动面旋转的角度：振动面旋转的角度 与材料的厚度与材料的厚度d、浓度、浓度C 以及入射光的波长以及入射光的波长 有关。有关。第2页/共14页第三页，共15页。比例系数比例系数(xsh)为光通过厚度为为光通过厚度为1mm的的旋光物质时的旋转角，称为旋光系数旋光物质时的旋转角，称为旋光系数(xsh) 3、若改变不同波长的滤光片，可发现旋转角与波长有关，亦即近似地随波长倒数的平方而变 ，波长越短，旋转角度越大，这种现象称为旋光色散旋光色散d对于固体：对于固体：dC对于液体：对于液体：式中式中C为溶液的浓度。为溶液的浓度。

3、1、不沿光轴传播时，旋光现象往往被双折射现象所产生的效果掩盖，只有(zhyu)沿光轴传播时，旋光现象才能显示出来2、偏振面的旋转角与通光(tn un)长度成正比第3页/共14页第四页，共15页。旋光现象的定性旋光现象的定性(dng xng)解释解释 线偏光沿石英晶体光轴方向传播时，分解成左旋和右旋两个(lin )圆偏振光，这两者的传播相速不同（对应着不同的折射率n左和n右），光波由晶体射出时，较快的一个圆偏振光比较慢的一个位相超前。由于圆偏振光的电矢量E是在垂直光线的固定平面内作匀速圆周运动，所以位相就是E转动的角度，位相超前就是指它比另一个圆偏光的电矢量转过了绝对值较大的角度。因此两个(li

4、n )圆偏光重新合成线偏光时，其偏振面相对于入射时转过了一个角度若晶片厚度为l，一束(y sh)线偏光通过晶片后的旋转角应为lnn)(右左第4页/共14页第五页，共15页。迎着光线看（对着光的传播方向），光矢量(shling)顺时针转的称右旋圆偏振光（或椭圆偏振光）；光矢量(shling)逆时针转的称左旋圆偏振光（或椭圆偏振光）左旋圆左旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光第5页/共14页第六页，共15页。 当光波进入施加了磁场的介质时，其传播特性发生变化，这种现象称为(chn wi)磁光效应。磁光效应包括法拉第旋光效应、克尔效应、磁双折射效应等式中，V称为费尔德常数，B为平行于光传播(

5、chunb)方向的磁感应强度二、磁光相互作用二、磁光相互作用法拉第旋光效应：一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生法拉第旋光效应：一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生(fshng)旋转，旋转角度旋转，旋转角度与沿光束方向的磁场强度与沿光束方向的磁场强度B和通光长度和通光长度L成正比，即成正比，即VBl第6页/共14页第七页，共15页。 3.磁致旋光效应的旋转方向仅与磁场方向有关，而与光线传播方向的正逆无关，这是磁致旋光现象磁致旋光效应的旋转方向仅与磁场方向有关，而与光线传播方向的正逆无关，这是磁致旋光现象与晶体的自然旋光现象不同之处与晶体的自然旋光现象

6、不同之处(即当光束往返通过自然旋光物质时，因旋转角相等方向相反而相互即当光束往返通过自然旋光物质时，因旋转角相等方向相反而相互抵消抵消)。 但通过磁光介质时，只要磁场方向不变，旋转角都朝一个但通过磁光介质时，只要磁场方向不变，旋转角都朝一个(y )方向增加，此现象表明磁致方向增加，此现象表明磁致旋光效应是一个旋光效应是一个(y )不可逆的光学过程，因而可利用来制成光学隔离器或单通光闸等器件不可逆的光学过程，因而可利用来制成光学隔离器或单通光闸等器件1.磁场作用磁场作用(zuyng)下，线偏振光经过晶体后仍然是线偏振光下，线偏振光经过晶体后仍然是线偏振光2.振动面旋转的角度振动面旋转的角度与沿光

7、束与沿光束(gungsh)传播方向的磁场强度传播方向的磁场强度B和材料通光方向的长度和材料通光方向的长度L成成正比正比磁致旋光的特点磁致旋光的特点第7页/共14页第八页，共15页。第8页/共14页第九页，共15页。第9页/共14页第十页，共15页。1.磁光隔离器磁光材料B1P2P45产生法拉(fl)弟旋光效应kB/ ， 起偏与检偏夹角45三、磁光器件三、磁光器件(qjin)0BL 452正向光，线偏振光通过磁光介质后（调整 或 ），偏振面旋转，正好通过P001BL 451反向光，线偏振光通过磁光介质后（调整 或 ），偏振面同方向旋转，与P成90 ，不通过P利用磁致旋光只依赖于磁场(cchng)

8、方向，而与光传播方向无关的性质制成。 第10页/共14页第十一页，共15页。 磁光调制是把欲传递的信息转换成光载波的强度磁光调制是把欲传递的信息转换成光载波的强度(振幅振幅)等参等参量随时间的变化，与电光调制、声光调制所不同的是，磁光调量随时间的变化，与电光调制、声光调制所不同的是，磁光调制是电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变制是电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变(gibin)在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变(gibin)光强度等参量的目的。磁光体调制器的组成如图所示光强度等参量的目的。磁光体调制器的组成如图所示。二、

9、磁光调制器二、磁光调制器第11页/共14页第十二页，共15页。 工作物质钇铁石榴石工作物质钇铁石榴石(YIG或掺或掺Ga的的YIG棒棒)放在沿轴方向放在沿轴方向z的光路上，它的两端放置有起、检偏器，的光路上，它的两端放置有起、检偏器，高频螺旋形线圈环绕在高频螺旋形线圈环绕在YIG棒上，受驱动电源的控制，用以提高平行于棒上，受驱动电源的控制，用以提高平行于z轴的信号磁场。为了轴的信号磁场。为了(wi le)获得获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场Hdc，其强度足以使晶体饱和磁化。当工作时，高频，其强度足以使晶体饱和磁化。当工作时，高频信号电

10、流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉第旋转效应晶体时，由于法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，旋转角与磁场强度，其偏振面发生旋转，旋转角与磁场强度H成正比。成正比。第12页/共14页第十三页，共15页。因此，只要用调制信号控制磁场因此，只要用调制信号控制磁场(cchng)强度的变化，就会使光的偏振面发生相应的变化。但这里强度的变化，就会使光的偏振面发生相应的变化。但这里因加有恒定磁场因加有恒定磁场(cchng)Hdc ，且与通光方向垂直，故旋转角与，且与通光方向垂直，故旋转角与Hdc成反比，于是成反比，于是00)sin(LHtHdcHs式中，式中，s 单位长度饱和单位长度饱和(boh)法拉弟旋转角；法拉弟旋转角；H0sinH t是调制磁场。是调制磁场。L0为介质长度。如果为介质长度。如果再通过检偏，就可以获得一定强度变