物理效应及其应用—其它物理效应.ppt

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1、第六章　其它物理效应当光由光密媒质向光疏媒质入射，入射角１大于临界角Ｃ时，便会发生全反射，界面将能量全部反回第一种媒质，但这并不是说第二种媒质中没有光波电磁场。第一节光　隧　道　效　应利用电磁场理论，可以得到，当入射角大于临界角时，第二种媒质中的电场分量为：Ez＝E0exp[-(2π/λ)•√n12sin2θi－n22z]exp[-iω•(t－xsinθi/υ1)]１代表光波在第一种媒质中传播的速度上式描绘了一个振幅随ｚ的增加而衰减，等相面以速度１／sin１沿Ｘ轴传播的非均匀波－－消逝波。如图６－1（a）所示，等幅面是平行界面ｚ＝常数的面等相面是垂直界面Ｘ＝常

2、数的面如果界面有极微小的起伏，如图６－1（b）所示，则等幅面也跟随着起伏，表面的形貌信息便反映到等幅面形状上了。依上式可知，Z＝λ/2π√(n1sinθi)2－n22在处振幅下降为界面处的１/ｅ，ｚ为穿透深度。图６－１光全反射光导纤维内的全反射光的全反射现象用来制造光纤，用两种折射率不同的玻璃拉成同轴电缆似的细细的光导纤维丝。如图６－2所示，中心折射率大，外层折射率小，图左表朋了折射率的径向变化。由于全反射，光线经受不断反射向前传播。将大量光纤集成一束（光缆），既可以传送图象，也可以传送声音。因为光纤有信息传输容量大，又可避免电磁干扰等特点，促使各国近年来不借耗资发展光

3、纤通讯。图６－２　光导纤维光纤除用于通讯外，还可以制作各种光纤传感器及各种特殊器件，如光纤陀螺等。现在，回到图6-1(a)若在第二种媒质(如空气中)，象图6-1(a)那样，图６－３光学隧道效应光通过折射率为n1的介质发生全反射，在距离介质n1和n2界面很近处，放一折射率为n3的棱镜（n3>n2，或等于n1，这时会发现，只要间隔足够小(小于穿透深度），媒质n1中的全反射会受到抑制，光线将能穿越n2进入媒质n3区，这现象称为光学隧道效应。它与电子穿透势垒的隧道效应类似，是光的波动性必然结果。光学隧道效应可目来实现光信号的耦合，它在集成光学、光纤技术中十分有用。图6-3（b）

4、表明光信号向光波导薄膜的耦合。图6-4明两条光纤通过光学隧道效应实现耦会构成迈克逊干涉仪式的光纤通讯系统。图中光耦合器是通过烧融或磨合将两根光纤的一部分靠得很近，在此，可以由光学隧道效应实现耦合。图６－４光耦合与光通讯从光源传入光纤ａ段的光，在耦合器一分为二，一路沿ｂ，一路沿C，这两路光在光纤端面被反射，这两路反射光经耦合器合光进入ｄ段，由光电探测器接收，即ｂ，ｃ两段的光程差决定了光电探测器的信号强度。现在若把录音机或收音机输出的音频信号电压加到压电陶瓷上，电信号就变成了压电陶瓷的机械振动，引起ｃ段光程，即ｂ、ｃ两段的光程差发生变化，使音频信号载于光波之上，光探测器接收

5、的干涉信号也就随音频而变化。再把这信号放大推动扬声器，便完成了声音从光纤的一端到另一端的传递。光纤耦合器起到迈克逊干涉仪中分束器的作用，在这里实现分光和合光，其中一根光纤缠绕在圆柱形压电陶瓷上、压电陶瓷的径向伸缩可改变光纤的长度，相当迈克逊干涉仪中反射镜的移动，起到了改变光程的作用。光纤器件有体积小、重量轻、宽频带、容量大等优点，正在军事和高新技术中越来越受到重视。新近，利用光隧道效应原理发展了一种探侧表面形貌的激光光隧道显微镜。由图６－１（ｂ）可见，消逝波的等幅面包含表面形貌信息，用一根光导纤维做成的探针，扫描等幅面，就可得知表面“地形”，因为光隧道效应，光纤探针所到

6、处的全反射受到抑制，有光隧穿进入光纤的光可由光电探测器检测。图６－5表明激光光隧道显微镜的示意方块图，激光束打在样品表面，形成消逝场，图６－５光隧道显微镜示意图在压电陶瓷扫描控制系统的控制下，让光纤探头对消逝场作等场强（等幅面）扫描，根据光电倍增管反馈回的信号，在扫描Ｘ，Ｙ时。调节探针的高度Ｚ，使光电倍增管的信号在扫描中保持在一个给定的值，提取Ｘ、Ｙ位置对应的Ｚ，经图象处理和显示系统就可看到样品表面的形貌图象。第二节　弹　光　效　应1816年SirDavldBrewstet发现透明的各向同性物质会由于应力而出现光学各向异性，原来不具双折射的各向同性物质表露出力致双折射的

7、现象，称为弹光效应（photoclasticity）。图6－6弹光效应如图6－６（a）所示，将试样放在两个光轴互相垂直的偏振片之间，自然光通过偏振片１成为偏振光照射在试样上，当对试样加压，在偏振片２之后便可观察到彩色干涉条纹。这是因为加压后，试样成了人为双折射物质，光轴如图中虚线所示。平行主截面（e光一非常光）的光振动和垂直主截面（o光一寻常光）的光振动的传播速度，或试样对二者表现的折射率不同,e光、o光折射率之差与压强P的关系为：ｎｅ－ｎ０＝ＫＰ式中K为比例系数。各向同性的透明材料，在压力或拉力作用下好似成了负的或正的单轴晶体，光轴处于