5.5磁光效應和磁光調制

5.5磁光效應和磁光調制磁光調制的物理基礎是磁光效應，即晶體在受到磁場作用時表現(xiàn)出旋光特性，稱為法拉第效應5.5磁光調制1845年法拉第發(fā)現(xiàn)，當一束線偏振光通過磁場作用下的某些物質時，其偏振面受到外加磁場平行傳播方向分量的作用而發(fā)生偏轉，這種現(xiàn)象稱為法拉第效應光在晶體中沿光軸方向傳播時，不產生雙折射現(xiàn)象。但在很多晶體中，線偏振光沿光軸方向通過晶體后，偏振面卻發(fā)生了旋轉，這就是旋光效應旋光現(xiàn)象一、自然旋光效應

F為濾色片；M為起偏器；C是旋光物質（例如是晶面與光軸垂直的石英片）旋光物體放在兩個正交的偏振片M與N之間，將會看到視場由原來的零變亮，把檢偏器N旋轉一個角度，又可得到零視野說明：光軸垂直于入射表面，即入射光波矢平行于光軸實驗證明：振動面旋轉的角度

與材料的厚度d、濃度C以及入射光的波長

有關。比例系數α為光通過厚度為1mm的旋光物質時的旋轉角，稱為旋光系數

3、若改變不同波長的濾光片，可發(fā)現(xiàn)旋轉角與波長有關，亦即α近似地隨波長倒數的平方而變，波長越短，旋轉角度越大，這種現(xiàn)象稱為旋光色散對于固體：對于液體：式中C為溶液的濃度。1、不沿光軸傳播時，旋光現(xiàn)象往往被雙折射現(xiàn)象所產生的效果掩蓋，只有沿光軸傳播時，旋光現(xiàn)象才能顯示出來2、偏振面的旋轉角與通光長度成正比旋光現(xiàn)象的定性解釋線偏光沿石英晶體光軸方向傳播時，分解成左旋和右旋兩個圓偏振光，這兩者的傳播相速不同（對應著不同的折射率n左和n右），光波由晶體射出時，較快的一個圓偏振光比較慢的一個位相超前。由于圓偏振光的電矢量E是在垂直光線的固定平面內作勻速圓周運動，所以位相就是E轉動的角度，位相超前就是指它比另一個圓偏光的電矢量轉過了絕對值較大的角度。因此兩個圓偏光重新合成線偏光時，其偏振面相對于入射時轉過了一個角度θ若晶片厚度為l，一束線偏光通過晶片后的旋轉角應為迎著光線看（對著光的傳播方向），光矢量順時針轉的稱右旋圓偏振光（或橢圓偏振光）；光矢量逆時針轉的稱左旋圓偏振光（或橢圓偏振光）左旋圓偏振光右旋橢圓偏振光當光波進入施加了磁場的介質時，其傳播特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁光效應。磁光效應包括法拉第旋光效應、克爾效應、磁雙折射效應等式中，V稱為費爾德常數，B為平行于光傳播方向的磁感應強度二、磁光相互作用法拉第旋光效應：一束線偏振光在外加磁場作用下的介質中傳播時，其偏振方向發(fā)生旋轉，旋轉角度

與沿光束方向的磁場強度B和通光長度L成正比，即3.磁致旋光效應的旋轉方向僅與磁場方向有關，而與光線傳播方向的正逆無關，這是磁致旋光現(xiàn)象與晶體的自然旋光現(xiàn)象不同之處(即當光束往返通過自然旋光物質時，因旋轉角相等方向相反而相互抵消)。但通過磁光介質時，只要磁場方向不變，旋轉角都朝一個方向增加，此現(xiàn)象表明磁致旋光效應是一個不可逆的光學過程，因而可利用來制成光學隔離器或單通光閘等器件1.磁場作用下，線偏振光經過晶體后仍然是線偏振光2.振動面旋轉的角度θ與沿光束傳播方向的磁場強度B和材料通光方向的長度L成正比磁致旋光的特點自然旋光效應與磁光效應的區(qū)別1、光束反向通過自然旋光介質時，偏振面的旋轉角度與正向入射時相反，因而往返通過介質時總效果為零；2、磁光效應中，旋轉方向與磁場方向有關，B方向確定后，光正向和反向通過介質時偏振面的旋轉方向相同，則增加一倍課程設計題目設計實驗方案，驗證自然旋光效應和磁光效應的特點（畫出實驗方案圖，說明實驗原理和預期結論）實驗測量糖溶液的旋光系數1.磁光隔離器磁光材料產生法拉弟旋光效應，起偏與檢偏夾角三、磁光器件利用磁致旋光只依賴于磁場方向，而與光傳播方向無關的性質制成。磁光調制是把欲傳遞的信息轉換成光載波的強度(振幅)等參量隨時間的變化，與電光調制、聲光調制所不同的是，磁光調制是電信號先轉換成與之對應的交變磁場，由磁光效應改變在介質中傳輸的光波的偏振態(tài)，從而達到改變光強度等參量的目的。磁光體調制器的組成如圖所示。二、磁光調制器工作物質釔鐵石榴石(YIG或摻Ga的YIG棒)放在沿軸方向z的光路上，它的兩端放置有起、檢偏器，高頻螺旋形線圈環(huán)繞在YIG棒上，受驅動電源的控制，用以提高平行于z軸的信號磁場。為了獲得線性調制，在垂直于光傳播的方向上加一恒定磁場Hdc，其強度足以使晶體飽和磁化。當工作時，高頻信號電流通過線圈就會感生出平行于光傳播方向的磁場，入射光通過YIG晶體時，由于法拉第旋轉效應，其偏振面發(fā)生旋轉，旋轉角與磁場強度H成正比。因此，只要用調制信號控制磁場強度的變化，就會使光的偏振面發(fā)生相應的變化。但這里因加有恒定磁場Hdc，且與通光方向垂直，故旋轉角與Hdc成反比，于是式中，θs

單位長度飽和