Линейный магнитооптический эффект Фарадея

Рис. 9.25

Из всех магнитооптических эффектов наибольшее распространение получил линейный по полю эффект магнитного кругового двойного лучепреломления, вызывающий поворот плоскости поляризации линейно-поляризованного света, распространяющегося через вещество вдоль магнитного поля.

Используя двойное лучепреломление, можно не только получать плоскополяризованный свет, но и управлять поляризацией света.

Например, пусть световой пучок нормально падает на пластинку одноосного кристалла, оптическая ось которого перпендикулярна пучку света (рис. 9.25).

Оптическая ось ОО пластинки составляет с электрическим вектором ₁ падающего луча угол a/2.

Разложим вектор ₁ на составляющие: вектор ₀₁ и вектор _е1, соответствующие обыкновенному и необыкновенному лучам.

Эти лучи распространяются по одному направлению, но скорости обыкновенной v₀ и необыкновенной v_е волн различны (для исландского шпата v₀ > v_е).

Поэтому будут различными и длины волн для обыкновенного и необыкновенного лучей.

Длины волны обыкновенного и необыкновенного лучей

. (9.20)

Если толщину пластинки d подобрать такой, чтобы укладывающееся на ней число d / l₀ обыкновенных длин волн было больше укладывающегося на ней числа необыкновенных длин волн d / l_e на 0,5, то получим

- = 0,5 (9.21)

В этом случае взаимная ориентация векторов ₀₂ и _е2 на выходе пластинки будет такой, что результирующий вектор

₂ = ₀₂ + _е2

окажется повернутым относительно оптической оси на тот же угол , но в противоположную сторону, чем вектор ₁.

Поэтому, вектор ₂ повернут относительно вектора ₁ на угол a.

Рассматриваемую пластинку называют полуволновой, так как в ней оптическая разность хода обыкновенной и необыкновенной волн равна половине длины волны.

А сдвинуты они по фазе относительно друг друга на p радиан.

Из (9.20) и (9.21) найдем толщину пластинки:

. (9.22)

Например, при n = 4,5×10¹⁴ Гц (красный свет) для исландского шпата имеем

v₀ = 1,81×10⁸, v_е = 2,02×10⁸ ×

Тогда d = 2×10^-6 м.

Полученный результат соответствует минимальной толщине полуволновой пластинки из исландского шпата.

Толщина реальной полуволновой пластинки может быть в 2N + 1 раз больше d, где N - целое число.

В квантовой теории оптически активных веществ рассматриваются процессы, связанные с конечным размером молекул (~10^-10 м).

Для объяснения оптической активности необходимо учитывать взаимодействие электрических и магнитных дипольных моментов, наведенных в молекулах полем проходящей волны.

Теория оптической активности молекулярных сред, активных лишь в кристаллической фазе, тесно связана с теорией экситонов (квазичастиц), так как оптическая активность таких веществ определяется характером волн поляризации в этих кристаллах.

Параметрические процессы в нелинейных

Оптических системах

С развитием мощной лазерной техники, позволяющей создавать напряженности электрического поля в излучаемой волне более 10⁹ В/м появились возможности изучения дипольных моментов диэлектриков и других структур.

Поляризация диэлектриков приобретает сложный, нелинейный вид, которая описывается следующим выражением:

Р = e₀ (c₁Е + c₂Е² + c₃Е³ + … + c_nЕⁿ) (9.23)

Пусть плоская электромагнитная волна, совершает колебания по закону в направлении оси У:

Е = Е_m sin (wt – kу) (9.24)

и распространяется в некоторой среде по нелинейному закону

Р = e₀ (c₁Е + c₂Е²) (9.25)

После подстановки формулы (9.24) в формулу (9.25) и проведя некоторые преобразования, получим

Р = e₀ {(c₁ Е_m sin (wt – kу) + c₂ [Е_m sin (wt – kу)]²}

или

Р = e₀ [(c₁ Е_m sin (wt – kу) + c₂ Е²_m / 2 – c₂ Е²_m / 2 × cos (2wt – kу)]. (9.26)

Первое слагаемое в квадратных скобках описывает волну поляризации, синхронизированную с падающей волной.

Второе слагаемое – описывает существование статической поляризации (оптическое детектирование).

Третье слагаемое – описывает волну поляризации с двойной круговой частотой.

Так как фазовая скорость в волне поляризации с двойной круговой частотой не совпадает с фазовой скоростью падающей волны, то для генерации вторых гармоник первичные волны пропускаю через кристаллы, у которых имеются направления, где обе волны имеют одинаковые фазовые скорости.

Этот процесс называют волновой синхронизацией с передачей второй гармоники около 60% энергии.

Если в среде с квадратичной нелинейностью распространяются две волны, то согласно уравнений:

Е₁ = Е_m1 sin (w₁ t – k₁ у); (9.27)

Е₂ = Е_m2 sin (w₂ t – k₂ у). (9.28)

исходное электромагнитное поле имеет напряженность

Е = Е₁ + Е₂ . (7.38)

После подстановки формул: (9.27), (9.28) и (9.29) в (9.25) получим уравнение, в котором помимо появления статической поляризации возникают, в результате волновой синхронизации.

Вторые гармоники с круговыми частотами: (w₁ – w₂), (w₁ + w₂), т. е. наблюдается параметрическая генерация.

В связи с этим можно производить плавную перестройку частот из одного диапазона в другой.

А за счет параметрической генерации можно усиливать вторую волну с преобразованием частоты и получением энергии от волны накачки.

Если применить электромагнитные монохроматические волны, которые могут распространяться в среде с более высокой степенью нелинейности, например, кубической нелинейности вида:

Р = e₀ (c₁Е + c₃Е³),

то даже без учета третьей гармоники, при в ходе лучей в среду, волновые поверхности искривляются, происходит сжатие пучка и наступает явление самофокусировки света с большими плотностями энергии.

Если электроны в атомах и молекулах вещества могут совершать гармонические колебания, в системе колебательных подуровней (рис. 9.26) с энергией W_кол и набором собственных частот n_кол.

Фотоны первичной электромагнитной волны c энергией e = hn в веществе с частотой n, поглотившись электронами атомов, переводят их с основного уровня на возбужденные W.

По истечении некоторого времени (~10^-8 с) электроны переходят на один из колебательных подуровней W_кол, излучая квант (фотон) энергии e^* = hn^* рассеянного света с частотой n^*. Остальная часть энергии электрона соответствует его колебательной энергии W_кол с частотой n_кол.

Следовательно, в веществе существуют две волны с частотами n и n^*. Из-за нелинейности вещества при его взаимодействии с этими волнами возникают новые волны с частотами: (n – n^*) и (n + n^*). В нашем случае, существенна только эта частота (n – n^*) = n_кол. Электроны атомов вещества начинают совершать вынужденные колебания в резонансном режиме, излучая вторичные волны, с частотой n_кол.

Происходит усиление рассеянной волны.

Обращение волнового фронта

Существуют устройства, с помощью которых производят обращение волнового фронта, называемых волновыми инверторами.

Волной с обращением волнового фронта по отношению к первичной волне называется волна с противоположным направлением распространения и с одинаковым пространственным распределением фаз и амплитуд.

Самый простой инвертор – зеркало, форма которого совпадает с формой фронта первичной волны.

Волна с обращенным фронтом возникает при вынужденном рассеянии электромагнитных волн (света) в нелинейных веществах.

Существуют устройства с многократным обращением фронтов.

Применяются в лазерных усилителях и при параметрическом усилении электромагнитных волн в нелинейных веществах, и исполняет роль открывающего затвора.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: