旋光效應(yīng)與圓雙折射ppt課件

1、6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 旋光景象旋光景象 2. 旋光景象的解釋旋光景象的解釋菲涅耳假設(shè)菲涅耳假設(shè) 3. 磁致旋光效應(yīng)磁致旋光效應(yīng)法拉第效應(yīng)法拉第效應(yīng) 4. 法拉第效應(yīng)的運(yùn)用法拉第效應(yīng)的運(yùn)用 (1) 旋光景象旋光景象 旋光效應(yīng)：平面偏振光在某些各向異性介質(zhì)中沿光軸傳播時(shí)，其振動(dòng)面發(fā)旋光效應(yīng)：平面偏振光在某些各向異性介質(zhì)中沿光軸傳播時(shí)，其振動(dòng)面發(fā)生延續(xù)旋轉(zhuǎn)的景象。生延續(xù)旋轉(zhuǎn)的景象。 旋光物質(zhì)：能使平面偏振光振動(dòng)面產(chǎn)生延續(xù)旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)，如

2、石英晶體、食旋光物質(zhì)：能使平面偏振光振動(dòng)面產(chǎn)生延續(xù)旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)，如石英晶體、食糖溶液等。糖溶液等。 圖圖6.6-1 石英的旋光景象石英的旋光景象P2P1檢偏器檢偏器石英晶片石英晶片起偏器起偏器cc6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.1 旋光景象旋光景象右旋：迎著光傳播方向看，振動(dòng)面順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)葡萄糖、右旋石英右旋：迎著光傳播方向看，振動(dòng)面順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)葡萄糖、右旋石英 左旋：迎著光傳播方向看，振動(dòng)面逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)果糖、左旋石英左旋：迎著光傳播方向看，振動(dòng)面逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)果糖、左旋石英闡明：旋光不僅存在于各向異性介質(zhì)中，也存在于某些各向同性

3、介質(zhì)中；闡明：旋光不僅存在于各向異性介質(zhì)中，也存在于某些各向同性介質(zhì)中；一切在非晶態(tài)下具有旋光身手的物質(zhì)，在結(jié)晶態(tài)下也是旋光性的；一切在非晶態(tài)下具有旋光身手的物質(zhì)，在結(jié)晶態(tài)下也是旋光性的；有些晶體，如石英，甚至具有左旋和右旋兩種性質(zhì)。有些晶體，如石英，甚至具有左旋和右旋兩種性質(zhì)。 晶體的旋光規(guī)律：晶體的旋光規(guī)律： z(6.6-1) ：沿旋光性晶體光軸方向傳播的單色平面偏振光的偏振面相對(duì)于：沿旋光性晶體光軸方向傳播的單色平面偏振光的偏振面相對(duì)于入射點(diǎn)的振動(dòng)面之轉(zhuǎn)角；入射點(diǎn)的振動(dòng)面之轉(zhuǎn)角；z z：光波在晶體中的傳播間隔；：光波在晶體中的傳播間隔； ：晶體的：晶體的旋光率，單位為旋光率，單位為(o)

4、/mm(o)/mm。 對(duì)于軸向厚度為對(duì)于軸向厚度為d d 的晶片，其透射光的偏振面相對(duì)入射的轉(zhuǎn)角：的晶片，其透射光的偏振面相對(duì)入射的轉(zhuǎn)角： d(6.6-2) 6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.1 旋光景象旋光景象(2) 晶體的旋光效應(yīng)晶體的旋光效應(yīng)表表6.6-1 不同波長下石英的旋光率不同波長下石英的旋光率 波長波長/nm/nm794.76760.4728.1670.8656.2589.0546.1 /(o)mm-1 /(o)mm-111.58912.66813.92416.53517.31821.74925.538波長波長/nm/nm

5、586.1430.7404.7382.0344.1257.1175.0 /(o)mm-1 /(o)mm-132.77342.60448.94555.62570.587143.266453.56.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.1 旋光景象旋光景象介質(zhì)的旋光率與照射光波長有關(guān)。在白光照射下，不同顏色光的振動(dòng)介質(zhì)的旋光率與照射光波長有關(guān)。在白光照射下，不同顏色光的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度不同。透過檢偏器察看時(shí)，由于各種顏色的光不能同時(shí)消光，面旋轉(zhuǎn)的角度不同。透過檢偏器察看時(shí)，由于各種顏色的光不能同時(shí)消光，故旋轉(zhuǎn)檢偏器時(shí)將察看不到消光景象，而會(huì)看到顏色

6、的變化。故旋轉(zhuǎn)檢偏器時(shí)將察看不到消光景象，而會(huì)看到顏色的變化。 旋光色散景象：旋光色散景象：溶液的旋光規(guī)律：溶液的旋光規(guī)律： (6.6-3) ：平面偏振光波在旋光性溶液中傳播時(shí)其偏振面的旋轉(zhuǎn)角度；：平面偏振光波在旋光性溶液中傳播時(shí)其偏振面的旋轉(zhuǎn)角度；N N：溶液濃度；：溶液濃度；z z：光波在溶液中的傳播間隔；：光波在溶液中的傳播間隔；：溶液的比旋：溶液的比旋光率。光率。 Nz運(yùn)用：丈量溶液中旋光物質(zhì)的濃度運(yùn)用：丈量溶液中旋光物質(zhì)的濃度 溶液的濃度：溶液的濃度： lN(6.6-4) l：液池長度：液池長度; y：平面偏振光穿過液池后光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)角度：平面偏振光穿過液池后光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)角度6.6

7、旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.1 旋光景象旋光景象(3) 溶液的旋光效應(yīng)溶液的旋光效應(yīng)(1) 兩束同頻率、同振幅的左旋和右旋圓偏振光的疊加兩束同頻率、同振幅的左旋和右旋圓偏振光的疊加 圖圖6.6-2 同頻率左右圓偏振光的疊加同頻率左右圓偏振光的疊加(a)t=0EREEL(b)EREEL-wtwtwt結(jié)論：兩束同向傳播的同頻率、同振幅、且初相位一樣的左旋和右旋圓偏結(jié)論：兩束同向傳播的同頻率、同振幅、且初相位一樣的左旋和右旋圓偏振光的疊加結(jié)果，構(gòu)成一束振動(dòng)方向恒定的平面偏振光。振光的疊加結(jié)果，構(gòu)成一束振動(dòng)方向恒定的平面偏振光。 6.6 旋光效應(yīng)

8、與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.2 旋光景象的解釋旋光景象的解釋菲涅耳假設(shè)菲涅耳假設(shè)平面偏振光在石英晶體中沿光軸方向傳播時(shí)，分解成左旋和右旋圓偏平面偏振光在石英晶體中沿光軸方向傳播時(shí)，分解成左旋和右旋圓偏振光。兩束光傳播速度或折射率略有不同，設(shè)其分別為振光。兩束光傳播速度或折射率略有不同，設(shè)其分別為vL和和vR折射折射率分別為率分別為nL和和nR，那么對(duì)于左旋晶體，那么對(duì)于左旋晶體，vLvR，nLnR；對(duì)于右旋晶；對(duì)于右旋晶體，體，vLnR。穿過晶體后兩光束將分別產(chǎn)生不同大小的相位延遲：。穿過晶體后兩光束將分別產(chǎn)生不同大小的相位延遲： dndnRRL

9、L2,2(6.6-5) ：真空中波長，：真空中波長，d d：旋光晶片厚度。：旋光晶片厚度。LL、RR：左旋和右旋圓偏振光的：左旋和右旋圓偏振光的旋轉(zhuǎn)矢量相對(duì)于入射時(shí)的角位移滯后意味著角度倒轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)矢量相對(duì)于入射時(shí)的角位移滯后意味著角度倒轉(zhuǎn)。 合振動(dòng)的光矢量大小：合振動(dòng)的光矢量大?。?tAEwcos2(6.6-6) 6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.2 旋光景象的解釋旋光景象的解釋菲涅耳假設(shè)：菲涅耳假設(shè)：(2) 旋光性的解釋旋光性的解釋菲涅耳復(fù)合棱鏡：菲涅耳復(fù)合棱鏡：R R：右旋石英棱鏡：右旋石英棱鏡(nRnL)(nRnL) (nRnL)

10、 圖圖6.6-4 菲涅耳復(fù)合棱鏡菲涅耳復(fù)合棱鏡RLR右旋圓偏振光右旋圓偏振光左旋圓偏振光左旋圓偏振光闡明：闡明： 旋光效應(yīng)導(dǎo)致一束平面偏振光被分解為兩束圓偏振光，因此也是一種雙旋光效應(yīng)導(dǎo)致一束平面偏振光被分解為兩束圓偏振光，因此也是一種雙折射效應(yīng)折射效應(yīng)圓雙折射效應(yīng)。圓雙折射效應(yīng)。 旋光性源于物質(zhì)中原子陳列的螺旋構(gòu)造。旋光性的嚴(yán)厲解釋需思索物質(zhì)旋光性源于物質(zhì)中原子陳列的螺旋構(gòu)造。旋光性的嚴(yán)厲解釋需思索物質(zhì)的微觀構(gòu)造。菲涅耳關(guān)于旋光景象的解釋僅僅是一種惟象描畫，并未涉的微觀構(gòu)造。菲涅耳關(guān)于旋光景象的解釋僅僅是一種惟象描畫，并未涉及其微觀機(jī)制，它不能回答為何在旋光介質(zhì)中兩圓偏振光的速度不同。及其微

11、觀機(jī)制，它不能回答為何在旋光介質(zhì)中兩圓偏振光的速度不同。6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.2 旋光景象的解釋旋光景象的解釋(3) 菲涅耳假設(shè)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證菲涅耳假設(shè)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(6.6-7) 合振動(dòng)矢量相對(duì)于入射光偏振面轉(zhuǎn)角：合振動(dòng)矢量相對(duì)于入射光偏振面轉(zhuǎn)角： ()()dnnLRLR21-圖圖6.6-3 旋光效應(yīng)的解釋旋光效應(yīng)的解釋(a) 入射面入射面EREEL(b) 出射面出射面EREELLLRR表表6.6-2 右旋石英晶體的折射率右旋石英晶體的折射率 波長波長/nm/nmnonenLnR396.81.558151.567711.55821

12、1.55810762.01.539171.548111.539201.539146.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.2 旋光景象的解釋旋光景象的解釋法拉第效應(yīng)：平面偏振光在某些有磁場作用的非旋光物質(zhì)中傳播時(shí)，假設(shè)法拉第效應(yīng)：平面偏振光在某些有磁場作用的非旋光物質(zhì)中傳播時(shí)，假設(shè)傳播方向沿磁場作用方向，那么光波的偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，傳播方向沿磁場作用方向，那么光波的偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)角其轉(zhuǎn)角y y正比于與磁感應(yīng)強(qiáng)度正比于與磁感應(yīng)強(qiáng)度B B和所穿過介質(zhì)的長度和所穿過介質(zhì)的長度l l，即，即 VlB(6.6-8) V：費(fèi)爾德：費(fèi)爾德Verdet

13、常數(shù)常數(shù) 圖圖6.6-5 法拉第效應(yīng)法拉第效應(yīng)磁場磁場B電極電極6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.3 磁致旋光效應(yīng)磁致旋光效應(yīng)-法拉第效應(yīng)法拉第效應(yīng)表表6.6-3 6.6-3 某些介質(zhì)的費(fèi)爾德常數(shù)某些介質(zhì)的費(fèi)爾德常數(shù) 介介 質(zhì)質(zhì)溫度溫度/波長波長/nm/nmV/(o) T-1m-1鍺酸鉍鍺酸鉍BGOBGO晶體晶體室溫室溫632.81.797103磁光玻璃磁光玻璃SF-57SF-57室溫室溫632.81.115103磁光玻璃磁光玻璃SF-6SF-6室溫室溫632.81.017103輕火石玻璃輕火石玻璃18589.35.28102石英晶體垂

14、直光軸石英晶體垂直光軸20589.32.77102食鹽食鹽16589.35.98102水水20589.32.18102二硫化碳二硫化碳20589.37.05102磁致旋轉(zhuǎn)方向：服從左手螺旋法那么，即拇指制向磁場正方向，那么四指磁致旋轉(zhuǎn)方向：服從左手螺旋法那么，即拇指制向磁場正方向，那么四指彎曲的方向?yàn)槠窆庑D(zhuǎn)方向。彎曲的方向?yàn)槠窆庑D(zhuǎn)方向。 6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.3 磁致旋光效應(yīng)磁致旋光效應(yīng)自然旋光介質(zhì)具有互易性服從可逆性原理，入射平面偏振光的偏自然旋光介質(zhì)具有互易性服從可逆性原理，入射平面偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)方向與光的傳

15、播方向無關(guān)。迎著光看，左旋介質(zhì)總使光的偏振面振面旋轉(zhuǎn)方向與光的傳播方向無關(guān)。迎著光看，左旋介質(zhì)總使光的偏振面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右旋介質(zhì)總使光的偏振面總是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)透射光逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右旋介質(zhì)總使光的偏振面總是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)透射光波由于反射而再次反向穿過自然旋光介質(zhì)時(shí)，其偏振面將回到初始位置。波由于反射而再次反向穿過自然旋光介質(zhì)時(shí)，其偏振面將回到初始位置。 磁光介質(zhì)具有非互易性不服從可逆性原理，入射平面偏振光的偏磁光介質(zhì)具有非互易性不服從可逆性原理，入射平面偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)方向與磁場的正方向有關(guān)。迎著光看，當(dāng)光波沿磁場的正方向傳振面旋轉(zhuǎn)方向與磁場的正方向有關(guān)。迎著光看，當(dāng)光波沿磁場的正

16、方向傳播時(shí)，偏振面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)光波沿磁場的負(fù)方向傳播時(shí)，偏振面逆時(shí)針播時(shí)，偏振面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)光波沿磁場的負(fù)方向傳播時(shí)，偏振面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)透射光波由于反射而再次反向穿過磁光介質(zhì)時(shí)，其偏振面旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)透射光波由于反射而再次反向穿過磁光介質(zhì)時(shí)，其偏振面將相對(duì)于初始方向旋轉(zhuǎn)將相對(duì)于初始方向旋轉(zhuǎn)2y角。角。 6.6 旋光效應(yīng)與圓雙折射旋光效應(yīng)與圓雙折射6 光的雙折射與光調(diào)制光的雙折射與光調(diào)制6.6.3 磁致旋光效應(yīng)磁致旋光效應(yīng)自然旋光與磁致旋光的區(qū)別：自然旋光與磁致旋光的區(qū)別： 量糖計(jì)自然旋光量糖計(jì)自然旋光 磁光開關(guān)與磁光調(diào)制器點(diǎn)調(diào)磁光開關(guān)與磁光調(diào)制器點(diǎn)調(diào)制與空間調(diào)制制與空間調(diào)制 磁光光盤：光信息存儲(chǔ)磁光光盤：光信息存儲(chǔ) 磁光電流傳感器或互感器：丈量大電流磁光電流傳感器或互感器：丈量大電流 磁光隔離器：在光通訊和級(jí)聯(lián)磁光隔離器：在光通訊和級(jí)聯(lián)式激光器系統(tǒng)中用以隔離后續(xù)式激光器系統(tǒng)中用以隔離后續(xù)系統(tǒng)反響的光信號(hào)系統(tǒng)反響的光信號(hào) 磁光偏頻器：零鎖區(qū)激光陀螺磁光偏頻器：零鎖區(qū)激光陀螺中經(jīng)過產(chǎn)生偏頻來消除激光陀中經(jīng)過產(chǎn)生偏頻來消除激光陀螺的閉鎖景象螺的閉鎖景象 圖圖6.6-6 磁光開關(guān)及磁光調(diào)制器原理磁光開關(guān)