当前课程知识点:光学工程基础 > 下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应 > 3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一) > 3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)
大家好
这一讲我们讲
旋光现象
什么是旋光现象
就是当一束线偏振光
通过某种物质的时候
光矢量的振动方向
会随着传播距离
而逐渐转动的现象叫旋光现象
旋光现象对于某些物质
它是固有的现象
比方说石英晶体
当一束线偏振波在石英晶体里头
沿着光轴传播的时候
为什么要沿着光轴传播呢
因为石英晶体本身
也是一种正轴双折射晶体
所以你不沿着光轴传播的时候
它会产生双折射
双折射的时候合成光的偏振方向
也会发生变化
所以我们要沿着光轴传播
把双折射效应去掉
所以这时候才能表现出
唯一的现象就是旋光现象
当线偏振光通过石英晶体的时候
沿着光轴传播
它的振动面会发生偏转
这种现象就叫旋光现象
我们来看一下旋光现象的规律
就是通过距离L它的偏振面
会转过一定的角度θ
θ和L之间有一个系数α
这个α是物质本身的
一种旋光本领
表征物质旋光本领的一个系数
旋光还具有色散性
就是随着波长不一样
旋光本领也不一样
也就是随着波长不同
在同一种物质中它转过的角度
不同的波长
转过的角度也是不一样的
而且旋光方向也有左右旋之分
也就是说有的物质是左旋的
有的物质是右旋的
光通过的时候它的旋向
跟我们在前面规定的
左旋右旋圆偏振光是一样的
就是当光振动面
顺时针方向转的时候
它为右旋物质
逆时针方向转的时候
它为左旋物质
这是我们对旋向的一个规定
对旋光现象的解释
是1825年菲涅尔做出的
他认为把入射线偏振光
可以是左旋圆偏振光
和右旋圆偏振光的合成
也就是说可以
把一个入射的线偏振光
分解成一个左旋圆偏振光
和右旋圆偏振光
比如我们用矩阵
来表示一个线偏振光
X方向的线偏振光
我们可以分解为二分之一的
左旋圆偏振光
加二分之一的右旋圆偏振光
也就是这幅图所示的
比方说这个是X轴
沿着这个方向振动的光
可以分解成一个左旋圆偏振光EL
和一束右旋圆偏振光ER
加起来它就是这个线偏振光
它们以相同的频率在这里头振荡
其次左旋右旋圆偏振光
在物质内部的折射率是不同的
因而从物质中出射时
它或者的的相位差就不等
就是右旋圆偏振光
有一个传播速度
右旋圆偏振光有一个传播速度
它俩传播速度不一样
在晶体里头传播的时候速度不一样
所以它们出射的时候
它造成的这个出射面上合成的时候
两个偏振态它的相位差不一样
比方说左旋圆偏振光我们用EL表示
它的折射率是nL经过晶体的厚度d
它产生的相位差
是2π除以λ乘以nL乘以d
所以它最终出射的时候
EL就等于二分之一左旋圆偏振光
乘以E的ikL乘以d
而右旋圆偏振光对应的
应该等于二分之一右旋圆偏振光
乘以e的ikL乘以d
kL和kR分别取决于
左旋圆偏振光的折射率nL
和右旋圆偏振光的折射率nR
所以nL不等于nR所以kL不等于kR
它们出射的时候
就造成了相位差不一样
它们在出射面上合成的时候
就是左旋圆偏振光
加右旋圆偏振光
我们把它两个分量的表达式代进去
我们可以得到这样一组表达式
把它们公共的kL
加kR的一半提出来
提出来里面剩下的是
负的ikR减kL乘以d除以2
和右旋圆偏振光的
e的正的ikR减kL乘以d乘以2
我们定义φ
等于二分之一kL加kR乘以d
而θ等于二分之一kR减kL乘以d
这样一来我们就可以
把刚才的表达式
写成矩阵形式就是E等于e的iφ
φ是外面的
然后里面是上面是cosθ底下是sinθ
所以里面就表征的
我们前面讲过这样一个矩阵表达式
应该是表示一个线偏振光
与X轴夹角为θ角的一束线偏振光
所以它就是一束左旋圆偏振光
加右旋圆偏振光
变成了一束线偏振光
这个图就表示了经过距离d传播
它出射的角度和入射角度
偏振面的角度
入射偏振面和出射偏振面角度
有一个角度差φ
我们可以从这幅图
我们可以看出来
在晶面上入射的时候
EL和ER是平行的而当出射的时候
出射的时候它的ER和EL
转到不同的角度
它俩合成的时候又合成了
另外一个方向的线偏振光
所以入射光出射光
就是这个A图和B图之间
它有一个角度差φ
我们可以看出来
如果左旋圆偏振光传播快的话
也就是nR小于nL的时候
转过的角度θ是大于0的
光矢量是逆时针方向转动的
这时我们叫它左旋圆偏振光
如果右旋圆偏振光传播快的话
nL大于nR的话
就是θ转过的角度θ小于0
这时候我们看
光矢量是顺时针方向转动的
我们叫它右旋
我们来比较一下
石英晶体作为双折射晶体
和作为旋光晶体
它们有什么不一样的地方
石英晶体同样是同一个介质
当你沿着光轴方向传播的时候
它没有双折射特性
只表现出旋光性
当垂直于光轴方向传播的时候
它只表现出双折射特性
而旋光性比较弱表现不出来
我们来比较一下
旋光晶片和半波片的区别
半波片就是说我们说
它产生π的相位差
我们说旋光晶片和半波片
它在光路中用的时候
光轴的取向是不一样的
旋光晶片光轴
是跟光的传播方向一样的
所以光轴是垂直于晶面的
半波片在用的时候
光轴是要平行于晶面的
而它对波长的响应也是不一样的
半波片只对
特定波长出射线偏振光
对其他波长出射的
不一定是线偏振光
而旋光晶片对任何波长
出射的都是线偏振光
但是对不同的波长
它旋转的角度不一样
还有一个不一样的地方
就是振动方向不一样
半波片呢旋转角度与光的振动面
和波片的快慢轴的夹角有关
我们说相对于快轴
转一个二倍的α角度
所以你这个α角度
就是线偏振光的振动方向
跟波片的快轴方向角度
不一样的时候
你转过的角度也是不一样的
是它的两倍
所以它可以往左转也可以往右转
而对于旋光晶片来讲
对于确定的晶片
它的转动反向只是一个方向
左旋就是左旋右旋就是右旋
这是它俩的区别
这一讲就讲到这里 谢谢大家
-1.1.1 课程背景和内容简介
-1.1.2 光学工程的特点
--光学工程的特点
-1.1.3 本课程的学习方法
--本课程的学习方法
--外部链接
-1.2.1 微积分基础知识
--微积分基础知识
-1.2.2 光学工程中的常用函数
-1.2.3 常用函数的运算与变换
-扩展阅读
--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff
--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story
--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community
--版权说明
-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
-2.1.2 成像基本概念
--成像基本概念
-2.1.3 费马原理
--费马原理
-2.1.4 等光程成像
--等光程成像
-2.1.5 常用曲面形状
--常用曲面形状
-第一次作业--作业
-2.2.1 近轴光学基本概念
--近轴光学基本概念
-2.2.2 近轴球面成像
--近轴球面成像
-2.2.3 近轴球面成像放大率
-2.2.4 物像空间及光学不变量
-2.2.5 矩阵光学简介
--矩阵光学简介
-2.2.6 矩阵光学应用
--矩阵光学应用
-第二次作业--作业
-2.3.1 理想光学系统基本概念
-2.3.2 理想光学系统的基点与基面
-2.3.3 图解法求像
-2.3.4 解析法求像
-2.3.5 理想光学系统的放大率
-2.3.6 理想光学系统焦距关系
-2.3.7 理想光学系统组合
-2.3.8 透镜与薄透镜
-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
-第三次作业--作业
-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
-2.4.3 反射棱镜成像方向
-2.4.4 棱镜转动定理
-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
-2.4.6 光学材料简介
-第四次作业--作业
-2.5.1 光阑简介与孔径光阑
-2.5.2 视场光阑与渐晕
-2.5.3 远心光路
-2.5.4 景深
--2.5.4 景深
-第五次作业--作业
-2.6.1 光度学与色度学基础
-2.6.2 视见函数和光度学
-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
-2.6.4 色度学基本概念
-2.6.5 CIE标准色度学系统
-第六次作业--作业
-2.7.1 球差
--2.7.1 球差
-2.7.2 色差
--2.7.2 色差
-2.7.3 子午像差和弧矢像差
-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
-2.7.5 垂轴像差、波像差
-2.7.6 光学传递函数
-第七次作业(像差)--作业
-2.8.1 人眼的光学模型
-2.8.2 人眼的缺陷与校正
-2.8.3 人眼的景深
-2.9.1 光学系统的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)
-2.9.2 人眼的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)
-2.10.1 放大镜
-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)
-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜
-2.11.1 望远系统
-2.11.2 望远镜的放大倍率
-2.11.3 望远镜的视觉放大率
-2.11.4 望远镜的分辨率
-第九次作业(望远镜)--作业
-2.12.1 显微镜及其放大率
-2.12.2 显微镜的视觉放大率
-2.12.3 显微镜的孔径光阑
-2.12.4 显微镜的机械筒长
-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
-2.12.6 显微镜的景深
-2.12.7 显微镜的照明系统
-第九次作业(显微镜)--作业
-3.1.1 电磁场的波动性
-3.1.2 平面电磁波及其性质
-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能
-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)
-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
-3.2.3 菲涅耳公式
-3.2.4 全反射与倏逝波
-3.2.5 金属表面的反射
-3.2节课后习题--作业
-3.3.1 光的吸收、色散和散射
-3.4.1 光波的叠加
-3.5.1 干涉原理及相干条件
-3.5节课后习题--作业
-3.6.1 干涉图样计算
-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
-3.6节课后习题--作业
-3.7.1 时间相干性
-3.7.2 空间相干性
-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素
-3.8.1 干涉条纹的定域
-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题
-3.9.1 斐索干涉仪
-3.9.2 迈克尔逊干涉仪
-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用
-3.10.1 平行平板的多光束干涉
-3.10.2 F-P 干涉仪
-3.10.3 光学薄膜基础
-3.10.4 单层膜与多层膜
-3.10课后习题--作业
-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
-3.11节习题--作业
-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
-3.12.3 圆孔衍射
-3.12节习题--作业
-3.13.1 成像系统的分辨本领
-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领
-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
-3.14.2 光栅的分光性能
-3.14.3 几种典型光栅
-3.14节习题--作业
-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射
-3.15.2 菲涅耳透镜
-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)
-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
-3.16节习题--作业
-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
-3.17.3 全息术
-3.17节习题--作业
-3.18.1 偏振光概述
-3.18.2 光在晶体中的传播
-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
-3.18.4 单轴晶体中光的传播
-3.18节习题--作业
-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
-3.20节课后作业--作业
-3.21.1 偏振光的变换
-3.21.2 偏振光的测定
-3.21节课后习题--作业
-3.22.1 平面偏振光的干涉
-3.22.2 会聚偏振光的干涉
-3.22节课后习题--作业
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)
-3.23.2 电光效应(一)
-3.23.2 电光效应(二)
-3.23.3 声光效应
-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题
-期末考试--作业