光在各向异性介质中的传播

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1、§6应力双折射和电光效应6．1应力双折射复色平行光偏振片P1P2⊥P1LΣFF应力越集中的地方，各向异性越强，干涉条纹越细密。1.应力（机械）双折射效应（光弹性效应）应力：在固体形变时，作用在固体中单位面积上的力称为应力。例如：张力、压力、切变力…熔融玻璃或塑料冷却时不均匀，就会出现内应力，造成材料各向项异性，出现双折射。压缩时：表现为负单轴晶体拉伸时：表现为正单轴晶体等效光轴：在应力的方向透明的各向同性介质，在外界机械应力作用下，表现出光学各向异性性质，称为应力双折射效应（1）应力双折射效应LΣFF复色平行光偏振片P1P2⊥P1LΣFF（2）实验规律——感生双折射的大小正比

2、于应力大小应力越集中的地方，各向异性越强，干涉条纹越细密。利用偏振光的干涉花样来测量应力分布的方法称为光测弹性方法。应用：检测光学玻璃、光学元件的质量、桥梁、水坝的模拟设计、地震预测等模拟透明机械：用透明材料模拟不透明机械：在其上涂上光弹性材料应力敏材料：环氧树脂、变性聚酯树脂等6．2电光效应强电场作用下各向同性介质→双折射→克尔效应。单轴晶体→双轴晶体→泡克耳斯效应。1.泡克耳斯效应（1）装置和现象现象：不加电场，线偏振光沿光轴方向传播P2后无光。加电场，单轴晶体转化为双轴晶体，生成两束光矢相互垂直且与传播方向垂直的光。(1893法国物理学家)纵向光电效应装置P2P1KDP

3、xyX、y为主振动方向V两端透明加电极P1⊥P2（2）实验规律感生折射率差可见Δn与Ｅ成正比，故称为一次电光效应。从晶体出射两光的位相差从检偏器后出射的光强（P1⊥P2，θ=45°）透过率曲线δVπVλ/2π/2Vλ/400I/I0(3)应用电光调制凡使光波的振幅、频率、位相、偏振态、传播方向…随外加讯号变化的均称为光调制。调制器是激光通讯、激光电视中重要的装置例：在激光通讯里，以要传递的电讯号控制电光晶体，改变光的偏振态，利用偏振片把偏振调制变为光强调制，控制激光光源的发光。优点：无毒、电压低仅为克尔盒的1/5~1/102.克尔效应（1）实验装置与现象现象：不加电压克尔盒内

4、液体呈各向同性P2后无光加高电压克尔盒内液体呈各向异性P2后有光似单轴晶体。（1875苏格兰科学家克尔发现）光轴方向与电场方向一致电介质为液体P2P1P1⊥P2电极、外加电压dl硝基苯光轴方向（2）实验规律感生折射率差可见Δn与Ｅ2成正比，故称为二次电光效应。P2后有最大光强通过当外加电压为零时无光通过P2使δ=π的电压，称为半波电压Vλ/2，其值越小越好（3）应用可作为高速开关、光调制器优点：无时间延迟，相应快（10-10s）§7旋光现象及其应用7．1旋光现象及实验规律1．现象p2⊥p1时，p2后有光通过。P2转动一个角度后可以消光。偏振片p2⊥p1石英晶体偏振片p1单色平

5、行光线偏消光有光出射实验发现：迎着光线看有的石英使入射光振动面右旋，有的石英使入射光振动面左旋。实验表明：石英晶体使入射光的振动面旋转了一个角度。旋光现象：能使线偏振光振动面连续旋转的现象。旋光物质：具有旋光性的物质（左、右旋）旋光现象是不同于晶体双折射的另一种光学现象。2．实验规律1）单色光入射，振动面旋转的角度Ψ与旋光物质的厚度d成正比。对旋光晶体：振动面旋转的角度：α—旋光率，与物质的性质、温度、入射波长有关。单位：[度/毫米]Ψ=αd对旋光溶液：Ψ=[α]cdc—溶液浓度。[α]—比旋光率，[度/分米(克/厘米3)]*液体旋光本领比晶体小得多。对各向异性晶体，旋光率α

6、是光传播方向与晶体光轴夹角的函数。2）同一旋光物质，对不同波长，光振动面旋转的角度不同—旋光色散。对晶体一般指光沿光轴方向的旋光率偏振片p2石英晶体偏振片p1白光入射出射光λ↑→α↓→ψ↓。3）振动面的旋转具有方向性迎着光线看顺时针旋转的为右旋，如葡萄糖、石英.逆时针旋转的为左旋，如果糖、石英。当光传播方向改变时，物质的左(右)旋性质不变7．2菲涅耳对旋光现象的解释根据运动学中的一个原理——任何一个直线简谐运动都可以分解为两个频率相同，初位相相同，而反向旋转的匀速圆周运动。菲涅耳的唯象解释：ωωEDEELνD=νLδoD=δoLVD=VLEDO1．菲涅耳假设入射线偏振光右旋圆

7、偏振光（速度VD）左旋圆偏振光（速度VL）ωωEDOEDEELνD=νLδoD=δoLVD≠VL对右旋物质（D）VD>VL,(nDVD,(nLVL，(nD