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3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)课程教案、知识点、字幕

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

光学工程基础课程列表:

绪论——课程内容简介

-1.1.1 课程背景和内容简介

--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

绪论——预备知识

-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

--光学工程中的常用函数

-1.2.3 常用函数的运算与变换

--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:Optics-Light at Work

--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

上篇:应用光学——光波、光线和成像

-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律

--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

上篇:应用光学——近轴光学

-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

--近轴球面成像放大率

-2.2.4 物像空间及光学不变量

--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

上篇:应用光学——理想光学系统

-2.3.1 理想光学系统基本概念

--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

--2.3.2 理想光学系统的基点与基面

-2.3.3 图解法求像

--2.3.3 图解法求像

-2.3.4 解析法求像

--2.3.4 解析法求像

-2.3.5 理想光学系统的放大率

--2.3.5 理想光学系统的放大率

-2.3.6 理想光学系统焦距关系

--2.3.6 理想光学系统焦距关系

-2.3.7 理想光学系统组合

--2.3.7 理想光学系统组合

-2.3.8 透镜与薄透镜

--2.3.8 透镜与薄透镜

-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

--2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

-第三次作业--作业

上篇:应用光学——平面反射镜与棱镜

-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜

--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

--2.4.2 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

--2.4.3 反射棱镜成像方向

-2.4.4 棱镜转动定理

--2.4.4 棱镜转动定理

-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

--2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

-2.4.6 光学材料简介

--2.4.6 光学材料简介

-第四次作业--作业

上篇:应用光学——光学系统中的光束限制

-2.5.1 光阑简介与孔径光阑

--2.5.1 光阑简介与孔径光阑

-2.5.2 视场光阑与渐晕

--2.5.2 视场光阑与渐晕

-2.5.3 远心光路

--2.5.3 远心光路

-2.5.4 景深

--2.5.4 景深

-第五次作业--作业

补充材料:光度学与色度学基础(不占学时)

-2.6.1 光度学与色度学基础

--2.6.1 辐射度学

-2.6.2 视见函数和光度学

--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

--2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律

-2.6.4 色度学基本概念

--2.6.4 色度学基本概念

-2.6.5 CIE标准色度学系统

--2.6.5 CIE标准色度学系统

-第六次作业--作业

上篇:应用光学——像差简介

-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

--2.7.3 子午像差和弧矢像差

-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

--2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

-2.7.5 垂轴像差、波像差

--2.7.5 垂轴像差、波像差

-2.7.6 光学传递函数

--2.7.6 光学传递函数

-第七次作业(像差)--作业

上篇:应用光学——人眼

-2.8.1 人眼的光学模型

--2.8.1 人眼的光学模型

-2.8.2 人眼的缺陷与校正

--2.8.2 人眼的缺陷与校正

-2.8.3 人眼的景深

--2.8.3 人眼的景深

上篇:应用光学——光学系统的分辨率

-2.9.1 光学系统的分辨率

--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

--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)

上篇:应用光学——放大镜

-2.10.1 放大镜

--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

--2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜

上篇:应用光学——望远系统

-2.11.1 望远系统

--2.11.1 望远系统

-2.11.2 望远镜的放大倍率

--2.11.2 望远镜的放大倍率

-2.11.3 望远镜的视觉放大率

--2.11.3 望远镜的视觉放大率

-2.11.4 望远镜的分辨率

--2.11.4 望远镜的分辨率

-第九次作业(望远镜)--作业

上篇:应用光学——显微系统

-2.12.1 显微镜及其放大率

--2.12.1 显微镜及其放大率

-2.12.2 显微镜的视觉放大率

--2.12.2 显微镜的视觉放大率

-2.12.3 显微镜的孔径光阑

--2.12.3 显微镜的孔径光阑

-2.12.4 显微镜的机械筒长

--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

--2.12.5 显微镜的分辨率

-2.12.6 显微镜的景深

--2.12.6 显微镜的景深

-2.12.7 显微镜的照明系统

--2.12.7 显微镜的照明系统

-第九次作业(显微镜)--作业

下篇:物理光学——光的电磁性质

-3.1.1 电磁场的波动性

--3.1.1 电磁场的波动性

-3.1.2 平面电磁波及其性质

--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

--3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能

下篇:物理光学——在两电介质分界面上的折射和反射

-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)

--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

--3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射

-3.2.3 菲涅耳公式

--3.2.3 菲涅耳公式

-3.2.4 全反射与倏逝波

--3.2.4 全反射与倏逝波

-3.2.5 金属表面的反射

--3.2.5 金属表面的反射

-3.2节课后习题--作业

下篇:物理光学——光的吸收、色散和散射

-3.3.1 光的吸收、色散和散射

--3.3.1 光的吸收、色散和散射

下篇:物理光学——光波的叠加

-3.4.1 光波的叠加

--3.4.1光波的叠加

下篇:物理光学——干涉原理及相干条件

-3.5.1 干涉原理及相干条件

--3.5.1 干涉现象与干涉条件

-3.5节课后习题--作业

下篇:物理光学——杨氏干涉实验

-3.6.1 干涉图样计算

--3.6.1 干涉图样计算

-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

--3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

-3.6节课后习题--作业

下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素

-3.7.1 时间相干性

--3.7.1 时间相干性

-3.7.2 空间相干性

--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

下篇:物理光学——平板的双光束干涉

-3.8.1 干涉条纹的定域

--3.8.1 干涉条纹的定域

-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉

--3.8.2 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

--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

下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用

-3.9.1 斐索干涉仪

--3.9.1 斐索干涉仪

-3.9.2 迈克尔逊干涉仪

--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

下篇:物理光学—— 平行平板的多光束干涉及其应用

-3.10.1 平行平板的多光束干涉

--3.10.1 平行平板的多光束干涉

-3.10.2 F-P 干涉仪

--3.10.2 F-P 干涉仪

-3.10.3 光学薄膜基础

--3.10.3 光学薄膜基础

-3.10.4 单层膜与多层膜

--3.10.4 单层膜与多层膜

-3.10课后习题--作业

下篇:物理光学—— 光波的标量衍射理论

-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理

--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

--3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类

-3.11节习题--作业

下篇:物理光学—— 典型孔径的夫朗和费衍射

-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义

--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

--3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射

-3.12.3 圆孔衍射

--3.12.3 圆孔衍射

-3.12节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领

-3.13.1 成像系统的分辨本领

--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

下篇:物理光学—— 多缝的夫朗和费衍射

-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射

--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

--3.14.2 光栅的分光性能

-3.14.3 几种典型光栅

--3.14.3 几种典型光栅

-3.14节习题--作业

下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射

-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

--3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

-3.15.2 菲涅耳透镜

--3.15.2 菲涅耳透镜

-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)

下篇:物理光学—— 傅立叶光学

-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

--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

--3.16.3 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

--3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数

-3.16节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学信息处理

-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数

--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

--3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理

-3.17.3 全息术

--3.17.3全息术

-3.17节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体中传播

-3.18.1 偏振光概述

--3.18.1 偏振光概述

-3.18.2 光在晶体中的传播

--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

--3.18.3 单色平面波在晶体中的传播

-3.18.4 单轴晶体中光的传播

--3.18.4 单轴晶体中光的传播

-3.18节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体表面的折射和反射

-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

--3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

下篇:物理光学—— 晶体偏振器件

-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(一)

-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)

--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

--3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示

-3.20节课后作业--作业

下篇:物理光学——偏振光的变换和测定

-3.21.1 偏振光的变换

--3.21.1 偏振光的变换

-3.21.2 偏振光的测定

--3.21.2 偏振光的测定

-3.21节课后习题--作业

下篇:物理光学——偏振光的干涉

-3.22.1 平面偏振光的干涉

--3.22.1 平面偏振光的干涉

-3.22.2 会聚偏振光的干涉

--3.22.2 会聚偏振光的干涉

-3.22节课后习题--作业

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)

-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)

--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(一)

-3.23.2 电光效应(二)

--3.23.2 电光效应(二)

-3.23.3 声光效应

--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

-期末考试--作业

3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)笔记与讨论

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