Dwójłomność wymuszona, modulatory elektrooptyczne i

Polaryzacja
i ośrodki dwójłomne
Częśd II
Dwójłomność wymuszona
Dwójłomnośd wymuszona – zjawisko powstawania lub zmiany dwójłomności ośrodka
izotropowego lub anizotropowego pod wpływem zewnętrznych czynników fizycznych.
Czynniki zewnętrzne:
a) temperatura,
b) ciśnienie,
c) naprężenia,
d) odkształcenia,
e) pole elektryczne,
f) pole magnetyczne
g) inne.
Efekty:
a) termooptyczny,
b) piezooptyczny,
c) piezooptyczny,
d) elastooptyczny,
e) elektrooptyczny,
f) magnetooptyczny,
g) Inne.
Dwójłomność wymuszona
Dwójłomność wymuszona
Dwójłomność wymuszona
Dwójłomność wymuszona
Efekt piezooptyczny - zmiana dwójłomności wywołana naprężeniami
naprężenia główne i ścinające
kl
Fk
sl
Dwójłomność wymuszona
Efekt elastooptyczny - zmiana dwójłomności wywołana odkształceniami
prawo Hooke’a
xx
,
i
sij
,
zz
yy
j
, i, j 1,2,...6
r
s
rs
xy
,
yz
,
xz
Dwójłomność wymuszona
Efekt piezooptyczny i elastooptyczny - przykład
- kryształ układu regularnego lub ciało izotropowe
- naprężenia główne, brak ścinających
Efekt piezooptyczny
n n3
Efekt elastooptyczny
n n3 p11
11
12
p12
x
x
y
y
2 cp
2 ce
x
x
y
y
Efekty elektrooptyczne
n,
n0,
a , E b, E 2
n ,,
n0,,
a ,, E b ,, E 2
c , E 3 ...
c ,, E 3 ...
kryształy bez środka symetrii – efekt Pockelsa
n,
n0,
a, E
n ,,
n0,,
a ,, E
kryształ ze środkiem symetrii lub ciało izotropowe – efekt Kerra
n,
n0, b , E 2
n ,,
n0,, b,, E 2
Efekt Pockelsa
przykład:
kryształ ADP – jednoosiowy

pole elektryczne E E z zˆ
fala świetlna biegnie wzdłuż osi Z
(podłużny efekt elektrooptyczny)
n
3
63 o
r n Ez
Efekt Kerra
przykład:
kryształ układu regularnego (ośrodek niedwójłomny),

pole elektryczne E E z zˆ
fala świetlna biegnie prostopadle do osi Z
n 0.5
(poprzeczny efekt elektrooptyczny)
R12
R11 n03 E z2
Komórki elektrooptyczne
komórka Pockelsa
komórka Kerra
Efekty magnetooptyczne
(rozważania dla ośrodka izotropowego)
Efekt Faradaya
- światło biegnie wzdłuż linii sił pola magnetycznego,
(podłużny efekt magnetooptyczny)
- dwójłomnośd liniowa(fale własne – liniowo spolaryzowane,
- efekt liniowy.
nF
VH
Efekt Cottona-Mouttona
- światło biegnie prostopadle do linii sił pola magnetycznego,
(poprzeczny efekt magnetooptyczny)
- dwójłomnośd kołowa(fale własne – liniowo spolaryzowane,
- efekt kwadratowy.
nCM
CH 2
Dwójłomność kołowa
Dwójłomnośd kołowa – zjawisko występujące w ośrodkach kołowo dwójłomnych
(aktywnych optycznie), w których fale własne ośrodka są kołowo spolaryzowane.
1
0
Fala liniowo spolaryzowana
jako suma dwóch fal kołowo spolaryzowanych
Przejście fal własnych przez ośrodek
z różnicą faz
Za ośrodkiem: fala liniowo spolaryzowana
pod kątem azymutu :
1 1
2 i
1
1
i
i
1 1
exp
2 i
exp
1
1
i
i
i
2
1
i
i
exp
1
i
2
i
2
cos
exp
i
2
sin
2
2
2
Ośrodek dwójłomny:
zmienia kąt azymutu światła padającego
(potoczne, niewłaściwe określenie – „obraca płaszczyznę polaryzacji”.
Dwójłomność kołowa
Sacharymetr – przyrząd do pomiaru stężenia cukru.
Roztwór cukru – ośrodek kołowo dwójłomny.
Układ pomiarowy sacharymetru:
a) polaryzator,
b) badany obiekt,
c) obrotowy analizator.
Procedura pomiarowa:
a) justowanie układu – bez próbki, w układzie krzyża polaryzacyjnego
(P=0 ,A=90 ), wówczas natężenie światła za analizatorem wyniesie 0,
b) po wstawieniu próbki kąt azymutu światła padającego na analizator zmienia się
o wielkośd proporcjonalną do różnicy faz , a ta jest proporcjonalna do
stężenia roztworu c, natężenie światła za analizatorem nie jest już 0,
c) aby zmierzyd kąt należy obrócid analizator o kąt A, czyli do położenia
+90 , aby uzyskad całkowite zaciemnienie (czyli natężenie równe 0) za
analizatorem.
Stężenie cukru c wyznacza się z wzoru:
A
2
k c
gdzie k – stała sacharymetru