1
1、固有旋光现象第九节 磁光、电光和声光效应旋光：当一束线偏振光通过某种物质时，光矢量的方向会随着传播距离而逐渐转动。
光轴石英晶体一、旋光 (Optical activity)和旋光效应
Optical axis
Quartz crystal
2
旋光现象的规律,l
物质的旋光本领旋光色散：旋光本领随波长而改变的现象。
旋光方向：左旋 (levorotatory)、
右旋 (dextrorotatory)之分。
方向的规定：使光矢量顺时针方向旋转的物质为右旋物质，逆时针方向旋转的物质为左旋物质。
3
2、旋光现象的物理解释（ 1825年,菲涅尔）
1）将入射线偏光看成是左旋、右旋圆偏光的合成
ii
1
2
11
2
1
0
1
2）左旋、右旋圆偏光在物质内部的折射率不同，
因而从物质中出射时获得的位相差不等。
dikdni
L L
L e
i
e
i
E?
1
2
11
2
1
2
dikdni
R R
R e
i
e
i
E?
1
2
11
2
1
2
4
3）合成复振幅 (Complex amplitude)
2/)(2/)(2/)( 11
2
1
1
2
11
2
1
dkkidkkidkki
dikdik
RL
LRLRRL
RL
e
i
e
i
e
e
i
e
i
EEE
引入：
dkk
dkk
LR
LR
2
1
2
1
5
s i n
c o s
2
1
2
1
i
ii
ii
i e
ee
i
ee
eE
dnndkk LRLR 21
4）讨论：
若左旋圆偏振光传播速度快,nL<nR,?>0，光矢量向逆时针方向转动；
若右旋圆偏振光传播速度快,nL>nR,? < 0，光矢量向顺时针方向转动。
6
3、旋光光学元件：
左旋 右旋 左旋 右旋旋光光学元件
7
4、磁致旋光效应磁光效应,在强磁场的作用下，物质的光学性质发生变化。
磁致旋光效应（法拉第效应 Faraday effect）,
在强磁场的作用下，本来不具有旋光效应的物质产生了旋光性质。
装置
现象
公式
性质法拉第效应
P
B A
VBl
8
5、磁光效应的应用
（ 1）单通光闸
P
B A
V B l
P A
45?
正向 (Positive direction)
P
A
45?
反向 (Reverse
direction)
9
（ 2） 自动测量量糖计（用来测液体浓度）
P K F A
10
（ 3）磁光调制（在光通信领域中的应用）
P
B A
VBl
系统组成
工作原理
11
在外界强电场的作用下，某些本来是各向同性的介质会产生双折射现象，而本来具有双折射现象的晶体，其双折射性质也会发生变化。
1、泡克耳斯效应 (Pockels effect) 一级电光效应
P
z
x
y
X’ Y’
AKDP（磷酸二氢钾）
实验装置一：纵向电光效应二、电光效应 (Electro-optical Effect)
E
12
感生折射率差（ n'-n' ' ）,Ennn
o?3'''
Elnlnn o 32)'''(2
引入位相差：
出射光强：
VnIII o 32020 s i n2s i n
13
感生折射率差（ n'-n' ' ）,Ennn o '''' 3
出射光强：
VhlnIII o 's i n2s i n 32020
P X’
Z’
AKDP（磷酸二氢钾）
实验装置二：横向电光效应
（垂直光的传播方向）
Y’
l
h
E
14
2、克尔效应 (Kerr effect)-- 二级电光效应
P A硝基苯克尔效应装置
E
V
2// Eknnn
l
h
15
lkEln 222
引入位相差：
出射光强：
222020 /s i n2s i n hk l VIII
16
声波在媒质中传播时，由于应变缘故，使介质折射率随空间和时间发生周期性变化。光通过这种媒质时会发生衍射现象，称为声光效应。
声光效应分类：
根据声波波长、光波波长和声光作用长度分两种
------布拉格声光衍射和喇曼 --耐斯声光衍射。
布拉格声光衍射：声波波长小，作用长度大；
喇曼 --耐斯声光衍射：声波波长长，作用长度小三、声光效应 (Acousto-optic effect)
17
1、布拉格 (Bragg)声光衍射（?i 不为 0，声波波长小，作用长度大）
布拉格衍射声波 (Sonic wave)
波面（?s ）
入射波
（?）
布拉格衍射波
（? +?s ）O
A BO’
B
sB
Bi
mkk?
s in2
18
2、喇曼 (Raman)--奈斯声光衍射（?i 近似为 0，
声波波长小，作用长度小）
喇曼 --奈斯声光衍射
i
m= -1
m= 0
m= +1
m= -2
衍射波入射波声波
k
kmm s
s
i
s i ns i n
1、固有旋光现象第九节 磁光、电光和声光效应旋光：当一束线偏振光通过某种物质时，光矢量的方向会随着传播距离而逐渐转动。
光轴石英晶体一、旋光 (Optical activity)和旋光效应
Optical axis
Quartz crystal
2
旋光现象的规律,l
物质的旋光本领旋光色散：旋光本领随波长而改变的现象。
旋光方向：左旋 (levorotatory)、
右旋 (dextrorotatory)之分。
方向的规定：使光矢量顺时针方向旋转的物质为右旋物质，逆时针方向旋转的物质为左旋物质。
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2、旋光现象的物理解释（ 1825年,菲涅尔）
1）将入射线偏光看成是左旋、右旋圆偏光的合成
ii
1
2
11
2
1
0
1
2）左旋、右旋圆偏光在物质内部的折射率不同，
因而从物质中出射时获得的位相差不等。
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4
3）合成复振幅 (Complex amplitude)
2/)(2/)(2/)( 11
2
1
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4）讨论：
若左旋圆偏振光传播速度快,nL<nR,?>0，光矢量向逆时针方向转动；
若右旋圆偏振光传播速度快,nL>nR,? < 0，光矢量向顺时针方向转动。
6
3、旋光光学元件：
左旋 右旋 左旋 右旋旋光光学元件
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4、磁致旋光效应磁光效应,在强磁场的作用下，物质的光学性质发生变化。
磁致旋光效应（法拉第效应 Faraday effect）,
在强磁场的作用下，本来不具有旋光效应的物质产生了旋光性质。
装置
现象
公式
性质法拉第效应
P
B A
VBl
8
5、磁光效应的应用
（ 1）单通光闸
P
B A
V B l
P A
45?
正向 (Positive direction)
P
A
45?
反向 (Reverse
direction)
9
（ 2） 自动测量量糖计（用来测液体浓度）
P K F A
10
（ 3）磁光调制（在光通信领域中的应用）
P
B A
VBl
系统组成
工作原理
11
在外界强电场的作用下，某些本来是各向同性的介质会产生双折射现象，而本来具有双折射现象的晶体，其双折射性质也会发生变化。
1、泡克耳斯效应 (Pockels effect) 一级电光效应
P
z
x
y
X’ Y’
AKDP（磷酸二氢钾）
实验装置一：纵向电光效应二、电光效应 (Electro-optical Effect)
E
12
感生折射率差（ n'-n' ' ）,Ennn
o?3'''
Elnlnn o 32)'''(2
引入位相差：
出射光强：
VnIII o 32020 s i n2s i n
13
感生折射率差（ n'-n' ' ）,Ennn o '''' 3
出射光强：
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P X’
Z’
AKDP（磷酸二氢钾）
实验装置二：横向电光效应
（垂直光的传播方向）
Y’
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E
14
2、克尔效应 (Kerr effect)-- 二级电光效应
P A硝基苯克尔效应装置
E
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15
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引入位相差：
出射光强：
222020 /s i n2s i n hk l VIII
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声波在媒质中传播时，由于应变缘故，使介质折射率随空间和时间发生周期性变化。光通过这种媒质时会发生衍射现象，称为声光效应。
声光效应分类：
根据声波波长、光波波长和声光作用长度分两种
------布拉格声光衍射和喇曼 --耐斯声光衍射。
布拉格声光衍射：声波波长小，作用长度大；
喇曼 --耐斯声光衍射：声波波长长，作用长度小三、声光效应 (Acousto-optic effect)
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1、布拉格 (Bragg)声光衍射（?i 不为 0，声波波长小，作用长度大）
布拉格衍射声波 (Sonic wave)
波面（?s ）
入射波
（?）
布拉格衍射波
（? +?s ）O
A BO’
B
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Bi
mkk?
s in2
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2、喇曼 (Raman)--奈斯声光衍射（?i 近似为 0，
声波波长小，作用长度小）
喇曼 --奈斯声光衍射
i
m= -1
m= 0
m= +1
m= -2
衍射波入射波声波
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