5.5磁光效應(yīng)和磁光調(diào)制

5.5磁光效應(yīng)和磁光調(diào)制磁光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是磁光效應(yīng)，即晶體在受到磁場作用時(shí)表現(xiàn)出旋光特性，稱為法拉第效應(yīng)5.5磁光調(diào)制1845年法拉第發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一束線偏振光通過磁場作用下的某些物質(zhì)時(shí)，其偏振面受到外加磁場平行傳播方向分量的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)光在晶體中沿光軸方向傳播時(shí)，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。但在很多晶體中，線偏振光沿光軸方向通過晶體后，偏振面卻發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，這就是旋光效應(yīng)旋光現(xiàn)象一、自然旋光效應(yīng)

F為濾色片；M為起偏器；C是旋光物質(zhì)（例如是晶面與光軸垂直的石英片）旋光物體放在兩個(gè)正交的偏振片M與N之間，將會(huì)看到視場由原來的零變亮，把檢偏器N旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，又可得到零視野說明：光軸垂直于入射表面，即入射光波矢平行于光軸實(shí)驗(yàn)證明：振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度

與材料的厚度d、濃度C以及入射光的波長

有關(guān)。比例系數(shù)α為光通過厚度為1mm的旋光物質(zhì)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角，稱為旋光系數(shù)

3、若改變不同波長的濾光片，可發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角與波長有關(guān)，亦即α近似地隨波長倒數(shù)的平方而變，波長越短，旋轉(zhuǎn)角度越大，這種現(xiàn)象稱為旋光色散對(duì)于固體：對(duì)于液體：式中C為溶液的濃度。1、不沿光軸傳播時(shí)，旋光現(xiàn)象往往被雙折射現(xiàn)象所產(chǎn)生的效果掩蓋，只有沿光軸傳播時(shí)，旋光現(xiàn)象才能顯示出來2、偏振面的旋轉(zhuǎn)角與通光長度成正比旋光現(xiàn)象的定性解釋線偏光沿石英晶體光軸方向傳播時(shí)，分解成左旋和右旋兩個(gè)圓偏振光，這兩者的傳播相速不同（對(duì)應(yīng)著不同的折射率n左和n右），光波由晶體射出時(shí)，較快的一個(gè)圓偏振光比較慢的一個(gè)位相超前。由于圓偏振光的電矢量E是在垂直光線的固定平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以位相就是E轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，位相超前就是指它比另一個(gè)圓偏光的電矢量轉(zhuǎn)過了絕對(duì)值較大的角度。因此兩個(gè)圓偏光重新合成線偏光時(shí)，其偏振面相對(duì)于入射時(shí)轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度θ若晶片厚度為l，一束線偏光通過晶片后的旋轉(zhuǎn)角應(yīng)為迎著光線看（對(duì)著光的傳播方向），光矢量順時(shí)針轉(zhuǎn)的稱右旋圓偏振光（或橢圓偏振光）；光矢量逆時(shí)針轉(zhuǎn)的稱左旋圓偏振光（或橢圓偏振光）左旋圓偏振光右旋橢圓偏振光當(dāng)光波進(jìn)入施加了磁場的介質(zhì)時(shí)，其傳播特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng)。磁光效應(yīng)包括法拉第旋光效應(yīng)、克爾效應(yīng)、磁雙折射效應(yīng)等式中，V稱為費(fèi)爾德常數(shù)，B為平行于光傳播方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度二、磁光相互作用法拉第旋光效應(yīng)：一束線偏振光在外加磁場作用下的介質(zhì)中傳播時(shí)，其偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度

與沿光束方向的磁場強(qiáng)度B和通光長度L成正比，即3.磁致旋光效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)方向僅與磁場方向有關(guān)，而與光線傳播方向的正逆無關(guān)，這是磁致旋光現(xiàn)象與晶體的自然旋光現(xiàn)象不同之處(即當(dāng)光束往返通過自然旋光物質(zhì)時(shí)，因旋轉(zhuǎn)角相等方向相反而相互抵消)。但通過磁光介質(zhì)時(shí)，只要磁場方向不變，旋轉(zhuǎn)角都朝一個(gè)方向增加，此現(xiàn)象表明磁致旋光效應(yīng)是一個(gè)不可逆的光學(xué)過程，因而可利用來制成光學(xué)隔離器或單通光閘等器件1.磁場作用下，線偏振光經(jīng)過晶體后仍然是線偏振光2.振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度θ與沿光束傳播方向的磁場強(qiáng)度B和材料通光方向的長度L成正比磁致旋光的特點(diǎn)自然旋光效應(yīng)與磁光效應(yīng)的區(qū)別1、光束反向通過自然旋光介質(zhì)時(shí)，偏振面的旋轉(zhuǎn)角度與正向入射時(shí)相反，因而往返通過介質(zhì)時(shí)總效果為零；2、磁光效應(yīng)中，旋轉(zhuǎn)方向與磁場方向有關(guān)，B方向確定后，光正向和反向通過介質(zhì)時(shí)偏振面的旋轉(zhuǎn)方向相同，則增加一倍課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證自然旋光效應(yīng)和磁光效應(yīng)的特點(diǎn)（畫出實(shí)驗(yàn)方案圖，說明實(shí)驗(yàn)原理和預(yù)期結(jié)論）實(shí)驗(yàn)測量糖溶液的旋光系數(shù)1.磁光隔離器磁光材料產(chǎn)生法拉弟旋光效應(yīng)，起偏與檢偏夾角三、磁光器件利用磁致旋光只依賴于磁場方向，而與光傳播方向無關(guān)的性質(zhì)制成。磁光調(diào)制是把欲傳遞的信息轉(zhuǎn)換成光載波的強(qiáng)度(振幅)等參量隨時(shí)間的變化，與電光調(diào)制、聲光調(diào)制所不同的是，磁光調(diào)制是電信號(hào)先轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的交變磁場，由磁光效應(yīng)改變?cè)诮橘|(zhì)中傳輸?shù)墓獠ǖ钠駪B(tài)，從而達(dá)到改變光強(qiáng)度等參量的目的。磁光體調(diào)制器的組成如圖所示。二、磁光調(diào)制器工作物質(zhì)釔鐵石榴石(YIG或摻Ga的YIG棒)放在沿軸方向z的光路上，它的兩端放置有起、檢偏器，高頻螺旋形線圈環(huán)繞在YIG棒上，受驅(qū)動(dòng)電源的控制，用以提高平行于z軸的信號(hào)磁場。為了獲得線性調(diào)制，在垂直于光傳播的方向上加一恒定磁場Hdc，其強(qiáng)度足以使晶體飽和磁化。當(dāng)工作時(shí)，高頻信號(hào)電流通過線圈就會(huì)感生出平行于光傳播方向的磁場，入射光通過YIG晶體時(shí)，由于法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角與磁場強(qiáng)度H成正比。因此，只要用調(diào)制信號(hào)控制磁場強(qiáng)度的變化，就會(huì)使光的偏振面發(fā)生相應(yīng)的變化。但這里因加有恒定磁場Hdc，且與通光方向垂直，故旋轉(zhuǎn)角與Hdc成反比，于是式中，θs

單位長度飽和