5.5磁光效应和磁光调制

5.5磁光效应和磁光调制磁光调制的物理基础是磁光效应，即晶体在受到磁场作用时表现出旋光特性，称为法拉第效应5.5磁光调制1845年法拉第发现，当一束线偏振光通过磁场作用下的某些物质时，其偏振面受到外加磁场平行传播方向分量的作用而发生偏转，这种现象称为法拉第效应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，偏振面却发生了旋转，这就是旋光效应旋光现象一、自然旋光效应

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，又可得到零视野说明：光轴垂直于入射表面，即入射光波矢平行于光轴实验证明：振动面旋转的角度

与材料的厚度d、浓度C以及入射光的波长

有关。比例系数α为光通过厚度为1mm的旋光物质时的旋转角，称为旋光系数

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α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对于固体：对于液体：式中C为溶液的浓度。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长度成正比旋光现象的定性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θ若晶片厚度为l，一束线偏光通过晶片后的旋转角应为迎着光线看（对着光的传播方向），光矢量顺时针转的称右旋圆偏振光（或椭圆偏振光）；光矢量逆时针转的称左旋圆偏振光（或椭圆偏振光）左旋圆偏振光右旋椭圆偏振光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为平行于光传播方向的磁感应强度二、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，其偏振方向发生旋转，旋转角度

与沿光束方向的磁场强度B和通光长度L成正比，即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，这是磁致旋光现象与晶体的自然旋光现象不同之处(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，旋转角都朝一个方向增加，此现象表明磁致旋光效应是一个不可逆的光学过程，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θ与沿光束传播方向的磁场强度B和材料通光方向的长度L成正比磁致旋光的特点自然旋光效应与磁光效应的区别1、光束反向通过自然旋光介质时，偏振面的旋转角度与正向入射时相反，因而往返通过介质时总效果为零；2、磁光效应中，旋转方向与磁场方向有关，B方向确定后，光正向和反向通过介质时偏振面的旋转方向相同，则增加一倍课程设计题目设计实验方案，验证自然旋光效应和磁光效应的特点（画出实验方案图，说明实验原理和预期结论）实验测量糖溶液的旋光系数1.磁光隔离器磁光材料产生法拉弟旋光效应，起偏与检偏夹角三、磁光器件利用磁致旋光只依赖于磁场方向，而与光传播方向无关的性质制成。磁光调制是把欲传递的信息转换成光载波的强度(振幅)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，由磁光效应改变在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强度等参量的目的。磁光体调制器的组成如图所示。二、磁光调制器工作物质钇铁石榴石(YIG或掺Ga的YIG棒)放在沿轴方向z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YIG棒上，受驱动电源的控制，用以提高平行于z轴的信号磁场。为了获得线性调制，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，其偏振面发生旋转，旋转角与磁场强度H成正比。因此，只要用调制信号控制磁场强度的变化，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Hdc，且与通光方向垂直，故旋转角与Hdc成反比，于是式中，θs

单位长度饱和