1、4.6 電光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng),相關(guān)預(yù)備知識,1、偏振光,自然光轉(zhuǎn)換為偏振光是通過光子和物質(zhì)的相互作用來實現(xiàn)的，改變了光的性質(zhì),2、布儒斯特角和馬呂斯定律,(1)布儒斯特角：反射光為完全偏振光的入射角,(2)馬呂斯定律：馬呂斯在1809年發(fā)現(xiàn)，完全線偏振光通過檢偏器后的光強可表示為I1 = I0 cos2，其中的是檢偏器的偏振方向和入射線偏振光的光矢量振動方向的夾角：,3、雙折射和光折射率體,(1)雙折射,(3)雙折射中的兩束光，O光（ordinary），e光（extra）,(2)光軸：沿光軸方向不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象,(2)折射率橢球,2、電光效應(yīng),電光效應(yīng)：由于外加電場引起的材料折

2、射率變化,對于光頻場，材料的折射率：,（1）aE0成為線性電光效應(yīng)或泡克爾（Pokels）效應(yīng),（2）bE20成為二次電光效應(yīng)或克爾（Kerr）效應(yīng),沒有對稱中心的晶體，如水晶、鈦酸鋇，外加電場具有一次克爾效應(yīng)。各向同性晶體產(chǎn)生雙折射，而單軸晶體變?yōu)槿S晶體,對于電光陶瓷,中心對稱或結(jié)構(gòu)任意混亂的介質(zhì)，不具有一次電光效應(yīng),二次電光效應(yīng),一般材料的折射率不可調(diào)，電光效應(yīng)通過改變電場來控制材料的折射率，達到控制光子的目的,4.7.1 磁光效應(yīng)及其應(yīng)用,1、磁光效應(yīng)：材料在外加磁場作用下呈現(xiàn)光學(xué)各向異性， 使通過材料的光波偏振態(tài)改變,4.7 磁光效應(yīng)和光導(dǎo)纖維,（1）法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng),偏振光通過某些透

3、明物質(zhì)，如水晶、含糖溶液，偏振光的偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)。人工方法成為磁致旋光，平行于磁場方向射入的線偏振光，通過磁場中透明樣品時，其偏振面的旋轉(zhuǎn)角度為：,磁致旋光效應(yīng)的光路是不可逆的，可用于制作光隔離器，偏振光光只能單向通過，相當于電路中的PN結(jié),磁光Kerr效應(yīng),磁光Kerr效應(yīng)的原理,線偏振光頻電磁波在磁化強度為 M 的介質(zhì)表面反射時，反射光一般是橢圓偏振光，同時偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度 Kerr 正比于介質(zhì)的磁化強度 M。 其物理過程可由Fresnel光反射公式描述。,i,r,t,E,如果 M0，r12r210， 即，一般Fresnel公式,光在磁性介質(zhì)表面的反射,磁化強度入射面反射面,re

4、flection + transmission,極向Kerr效應(yīng),縱向Kerr效應(yīng),橫向Kerr效應(yīng),非垂直入射,反射率與M相關(guān),磁光Kerr效應(yīng),磁光Kerr效應(yīng),磁光Kerr效應(yīng)的應(yīng)用,磁化行為測量（縱向、極向） 磁疇結(jié)構(gòu)觀測 動態(tài)磁化過程 磁光存儲器讀頭（read） 磁光隔離器（反射型） 磁場強度測量,光盤的信號讀取就是利用磁光克爾效應(yīng) 磁光材料是利用光照射時局部溫度升高，與此同時外加磁場，從而使局部磁化沿著外場方向。讀取信號時，利用磁光相互作用的克爾效應(yīng)（反射光）或法拉第效應(yīng)（透射光）讀出被記錄的磁化方向。研究的磁光材料有很多種，包括磁性石榴石單晶膜，MnBi、PtCo等多晶膜及稀土-

5、過渡金屬非晶薄膜等。,磁光存儲器讀頭（read）,4.7.2 光導(dǎo)纖維,在很多物理性能方面，光子優(yōu)于電子，用電子可以實現(xiàn)的物理過程，一般可以用光子來實現(xiàn)。 同電話線類似，光纖是用來傳輸信息的，優(yōu)點有傳輸損耗低、頻帶寬、尺寸小、彎曲半徑小、質(zhì)量小，缺點：光子比電子難于控制，技術(shù)要求比較高,光纖通信的優(yōu)點,通信容量大 中繼距離長 不受電磁干擾 資源豐富 光纖重量輕、體積小,光纖做的小玩具,光通信發(fā)展簡史,2000多年前 烽火臺燈光、旗語 1880年 光電話無線光通信 1970年 光纖通信,全球海底光纖網(wǎng)絡(luò),光纖通信發(fā)展史,1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。 1970年貝爾研究所

6、林嚴雄在室溫下可連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器。 1970年康寧公司的卡普隆(Kapron) 之作出損耗為20dB/km光纖。 1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線路。,電磁波譜,光的基本知識,光是一種電磁波可見光350nm750nm 光纖通信所用的波長 8001600nm 光的反射、折射 全反射,光的基本知識,光纖的結(jié)構(gòu),纖芯 core：折射率較高，用來傳送光； 包層 coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件； 保護套 jacket：強度大，能承受較大沖擊，保護光纖。,光纖的傳輸方式（全反射）,外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um) 內(nèi)徑：單模9um 多模50/62.5um

7、,光纖的尺寸,光纖的分類,按材料分類： 玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長，成本高； 塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸。,按照光纖的模式分類 單模（Single-Mode）：只能傳輸一條光線 多模（Multi-Mode） ：能傳輸多條光線 按折射率分類 階越光纖 漸變折射率光纖,光纖的損耗,吸收（電子躍遷） 散射（結(jié)構(gòu)不完整） 微觀彎曲,衰減：光在光纖中傳輸時的能量損耗 單模光纖 1310nm 0.40.6dB/km 1550nm 0.20.3dB/km 塑料多模光纖 300dB/km,光纖的衰減,散射 由于光線的

8、基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損失，此時光的傳輸不再具有很好的方向性。,時延失真，亦稱色散(Dispersion)：光脈沖沿著光纖行進一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。,時延將引起激光脈沖的重疊，以至于不可區(qū)分,沿芯部傳輸?shù)墓饩€和全反射傳輸?shù)墓饩€的時間差,常見光纖名詞,數(shù)值孔徑（Numeric Aperture） NA=SIN ,不同的孔徑數(shù),光纖的模,光纖傳輸?shù)墓饩€條數(shù)叫做光纖的模 多模光纖能傳輸多條光線，各條光線之間的最小角度間距為,光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識,一、基本光纖系統(tǒng)的構(gòu)架及其功能介紹： 1.發(fā)送單元：把電信號轉(zhuǎn)換成光信號； 2.傳輸單元：載送光信號的介質(zhì)； 3.接收單元：接收光信號并轉(zhuǎn)換成電信號； 4.連接器件：連