2.5. 光波在磁光介质中的传播3.17.pptVIP

共17页 2.5 光波在磁光介质中的传播 英国物理学家麦克尔·法拉第（1791－1867），贫苦出身，幼年失学，在印刷厂当童工时学习零星的科学知识。1812年，聆听戴维的讲演，得到戴维的赏识，到了实验室当一名刷瓶子工人。次年成为戴维的助手。游历欧洲。在电化学方面显示出卓越的实验才能，1824年选为皇家学会会员。遭到戴维的妒忌，但法拉第一直心存感激。 法拉第1845年发现旋光效应； 克尔1875年发现电克效应和1876年发现克尔磁光效应； 荷兰物理学家塞曼于1896年发现的又一个磁光效应； 法拉第旋光效应和克尔效应的发现在当时引起了众多物理学家的兴趣。 1862年法拉第出于“磁力和光波彼此有联系”的信念，试图探测磁场对钠黄光的作用，但因仪器精度欠佳未果。 UP DOWN BACK * * * * 旋光现象 一. 自然旋光：当线偏振光沿光轴方向通过某些天然介质时，它的偏振面会发生旋转。 α — 旋光率 二.菲涅耳的解释 线偏振光可看作是同频率、等振幅、有确定相位差的左(L)、右(R )旋圆偏振光的合成。 旋转的角度： ? φ 旋光物质 L E EL ER · o ? ? (a) (b) ER EL E ?L ?R φ 非旋光物质 旋光物质 在出射面上: 由图示，有： 令 —— 旋光率 则 (b) ER EL E ?L ?R φ 旋光色散 旋光率随波长变化 不同颜色的线振动面透过晶体后被旋转的角度不同 三. 磁致旋光:磁场作用下表现出的旋光特性 ? φ L 磁致旋光物质 B 旋转的角度： V——费德尔常量，单位： 弧度/米?特斯拉，L-——光在介质中传播长度； B——平行于传播方向的磁感应强度分量； (1) 对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由旋光物质本身决定的。 反射镜 入射光 φ 右旋 反射镜 反射光 φ 右旋 (2)对磁致旋光物质，光沿 与逆 方向传播，振动面旋向相反。 反射镜 入射光 φ 右旋 B φ 反射镜 反射光 φ 左旋 B φ 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。 结 论 当光波通过这种磁化的物体 (磁性物质）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转效应、克尔效应、磁双折射效应等。其中最主要的是法拉第旋转效应，它使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，其旋转角度的大小与沿光束方向的磁场强度和光在介质中传播的长度之积成正比，即 韦尔德常数表示在单位磁场强度下线偏振光通过单位长度的磁光介质后偏振方向旋转的角度。表2-5列出了一些磁光材料的韦尔代常数。 2.5 光波在磁光介质中的传播 在光频波段内，令 ，几乎所有的磁光现象都可得到解释。 引进等效介电系数张量 当磁场反向时，? 的符号也要反号，即: 理论分析 假设磁场沿z轴方向，取磁光介质中传播的平面波为 : 式中lx、ly、lz为光波矢的方向余弦。 代入菲涅耳方程- 由系数行列式为零，得到折射率n所满所足的方程 : 理论分析 假设光波在立方晶体或各向同性介质中（ ）平行于磁化强度（z）方向（lx=ly=0，lz=1）传播，得 理论分析 可见Ez=0，即介质中传播的光波为横波，相应的传播模式为右旋和左旋的两个圆偏振光波： 代入菲涅耳方程 得， 理论分析 理论分析 因此，沿x方向偏振的入射光经过长度为L的磁光介质后将偏转一个角度 这就是法拉第旋转现象，? 为磁致旋光率。 理论分析 当磁化强度较弱，B与H为线性关系，即?=?0为常量。因而旋光率? 与外加磁场强度成正比, 上式可写成: 式中V称为韦尔德常数，它表示在单位磁场强度下线偏振光波通过单位长度磁光介质后偏振方向旋转的角度。 理论分析 法拉第旋转的特殊规律 （1）自然旋光物质左右旋与光的传播方向无关； （2）光沿磁场方向通过时，振动面右旋。 光逆磁场方向传