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(二) > 3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)
大家好这一讲我我们讲
磁致旋光效应
所谓磁致旋光效应
就是原本不具有旋光效应的物质
在强磁场的作用下产生了旋光性
这种效应我们叫它磁致旋光效应
它是磁光效应的一种
所谓磁光效应
就是在强磁场作用下
物质的光学特性发生变化
都叫磁光效应
而我们这里讲的是
磁致旋光效应
就是在强磁场作用下
它产生旋光性的这样一个效应
这是一幅磁致旋光效应的光路图
前面P产生一束线偏振光
经过一个线圈缠绕的
电线圈缠绕它会产生磁场
所以经过这样一个磁场
出射的时候它会偏振面发生偏转
偏转的角度我们可以用
检偏器A来测量出来
旋转的角度我们前面讲过
旋转的角度跟传播的长度
是传播的长度l是有关系的
而跟前面不一样的时候
它这个系数
就是θ跟l之间的比值这个系数
它是取决于磁感应强度的
磁感应强度B表示磁场的大小
前面还有一个系数V
是表征物质的特性常数的
是表示那个线圈缠绕这个物质
它不一样的时候
这个常数也是不一样的
我们叫它法拉第旋转系数
就是V
所以整个旋转的角度θ
应该等于VB乘以l
跟磁场大小成正比
也跟传播的距离成正比
刚才讲的自然旋光效应
和这里讲的磁致旋光效应
它是不一样的
自然旋光效应它具有互易性
什么叫互易性呢
就是说入射光
通过一定的距离之后
它转过一定的角度
比方说是左旋的
经过一个反射镜
把这束光反射回去
反射回去的时候
它的观察方向变了
它的转的角度也变了
所以它仍然是左旋的
也就是说入射光振动方向
到达了反射镜之后
要沿着原来的振动方向回去
沿着原来的振动方向回去
回到原来的振动面的位置
这是取决于
它自然旋光性材料本身结构的
磁致旋光效应是沿相反方向
通过往返通过一段距离后
转角等于单次通过转角的两倍
也就是说正着方向转的时候
转过一个θ角度
回来经过反射镜回来转的时候
它又经过一个θ角度
来回经过了两倍的转角
它是叠加的
而不像刚才自然旋光性
经过相同的光路两次的时候
它又回到了原来的位置
而这个旋光方向
是转动了两倍的角度
我们来讨论一下
磁致旋光效应
不具有互易性这一特点
就是入射光
如果经过这样一个旋光系统之后
磁致旋光系统
它转过了45度角度
回来的时候它又转过了45度角度
也就是说整个转了90度
转了90度之后
入射光跟出射光
它就是互相垂直的
互相垂直的这样一个特性
非常有用
在光路里头它可以作为光隔离器
我们来举个例子
磁致旋光效应的应用的几个例子
第一就是单通光闸
也就是我们刚才说的光隔离器
入射的一束激光
经过一个格兰汤普森棱镜之后
变成一束线偏振光
假如线偏振光的方向
是在图面之内的
然后通过一个磁致旋光材料
围绕的线圈 螺线管
也就是一个磁场
经过这样磁场之后
它会转过一个角度
我们通过调整磁场的大小
让它单次通过
转过的角度是45度
45度后面的光学器件
比方说激光放大器
或者是其它的晶体
或者是镜面
让它反射回来一部分光
反射回来这部分光
再次经过这个磁场的时候
它又转过一个45度角度
所以两次通过这个磁场之后
它转过了90度
再到格兰汤普森棱镜P的时候
它与格兰汤普森棱镜的
透光方向互相垂直
所以它就被反射掉
这束光就不能回到
原来的激光器里头去
所以它起了单通光闸的作用
所以我们叫它光隔离器
这是磁致旋光效应的第一种应用
磁致旋光效应的第二种应用
我们叫它量糖计 量糖计
用来测量糖液浓度的一种仪器
它可以实现
对糖液浓度的自动测量
前面加一个起偏器
一束线偏振光入射到
这个糖液液体的容器表面透过来
我们再经过一个法拉第盒
法拉第盒就是一个磁场
产生一个磁场
后面通过检偏器
我们可以看到这个系统
是一个前面一束线偏振光
经过这个糖液
再经过一个磁光偏转之后
到达检偏器的光
跟原来线偏振光的方向
就不一样了
我们通过检偏器
也就是说到达这个检偏器上的光
在检偏器方向上的投影
我们可以测量它转过的角度
而它转过的角度
是跟糖液的浓度成比例的
所以我们可以通过标定
来确定糖液浓度的大小
这是利用的
磁致旋光效应的旋光性
下面我们讲一个
磁光调制的例子
磁光调制在光通讯领域中
非常有用
什么叫磁光调制呢
还是看这个光路
前面一个起偏器
后面一个检偏器
起偏器和检偏器之间
放一个 放一个电流产生的磁场
我们通过预定的方式改变电流
也就是改变磁场的大小
使入射到检偏器上的
光的振动方向
可以根据我们的要求发生变化
按照马吕斯定律
我们就可以知道
它投影到检偏器上的强度
是受电流的大小的控制
来控制出射光的光强的
这样就达到了磁光调制的目的
就是通过改变电流
来改变这个偏振系统
出射光的强度
达到磁光调制的目的
这是一幅光纤安培计的示意图
光纤安培计
就是用光纤来测量
这个电流的大小
它的系统是这样的
氦氖激光器通过起偏器
再通过一个10倍的显微物镜
偶合到光纤里头
光纤缠绕在这个电线
被测的电流导线外面
这个光纤线圈
把光导到后面的
10倍的显微物镜里头
再通过渥拉斯顿棱镜输出
渥拉斯顿棱镜
是一个偏振分光棱镜
它可以把两个互相垂直的
方向的光分开
两个互相垂直的方向的光
分别通过两个探测器
光电探测器变成电信号
我们把它两个电信号的强度的差
和强度的和的比值算出来
就可以知道前面电流的大小
为什么呢
因为你光纤里头传的光
是在电流的周围通过的
而电流周围是有磁场的
磁场强度不一样的时候
这个光纤里头传的这个
线偏振光的振动的方位就不一样
振动方位不一样
你后来出来的o光e光的
分量大小就不一样
大小不一样
后面输出的我们测量这个
两个强度的差
和两个强度和的比值就不一样
所以它的比值
就和你光纤缠绕的
这个电线里头电流的大小
建立了一一对应的关系
这样就可以测量电流的大小
这是光纤安培计
最后我们讲一下
液晶显示器里头用的
磁光空间调制器
这是磁光空间调制器的光路图
前面是一个线偏振光的起偏器
通过自然光
就是我们说的照明光源
通过这个起偏器之后
变成线偏振光
线偏振光后面
每一个像素后面有一个磁包
每一个磁包上头
我们可以加不同方向的电场
通过加不同方向的电场
来改变透过
这个磁包的光的强度
比方说左边这个磁包
它加的电流强度是光偏振方向
逆时针转了45度
而右边这个磁包
使光的偏振方向
加的电流使光的偏振方向
顺时针转了45度
而后面放了一个检偏器
检偏器的透振方向
跟前面欺骗其的透振方向
是成45度的关系的
所以左面这个光旋转之后
跟这个检偏器的透振方向
完全一样了
所以它是一个亮场
而右面这个它转了45度之后
它的振动方向
跟这个检偏器的振动方向
透振方向垂直
所以它就透不过来
所以右边这个就是一个暗场
因此液晶显示器里头
每一个相点后面都有一个磁包
通过磁包上面
加的这个电流大小不一样
我们可以让它光通过的时候
转过的角度不一样
所以可以控制它出射光的强弱
因此就生成了液晶显示
这样一个基本的工作原理
这一讲就讲到这谢谢
-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