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光弹性效应和旋光现象在《大学物理学》中的研究成果

更新时间:2025-01-19 工作计划 版权反馈
【摘要】:1)人工双折射电光效应某些材料是各向同性的,通常情况下没有双折射现象发生.当外加电场时,可以使材料变为各向异性,发生双折射现象.这种由电场引起的物质光学性质的变化,称为电光效应,也称为人工双折射.它是由克尔在1875 年发现的,又称为克尔效应.电光效应的建立或消失所需时间极短,即从接通(或断开)电源到电光效应的建立(或消失)所需的时间通常约为10-9 s.根据电光效应的这一特点,可以制成反应速度极

1)人工双折射电光效应

某些材料是各向同性的,通常情况下没有双折射现象发生.当外加电场时,可以使材料变为各向异性,发生双折射现象.这种由电场引起的物质光学性质的变化,称为电光效应,也称为人工双折射.它是由克尔在1875 年发现的,又称为克尔效应.

电光效应的建立或消失所需时间极短,即从接通(或断开)电源到电光效应的建立(或消失)所需的时间通常约为10-9 s.根据电光效应的这一特点,可以制成反应速度极快的高速光开关.目前,这种高速光开关已经广泛应用于电影、电视、高速摄影及激光通信等诸多领域中.

液晶也是利用电光效应工作的例子.把一种具有向列相分子排列的液晶注入带有透明电极的液晶盒内,未加电场时液晶盒透明.加以超过某一阈值的电场时,盒内的液晶分子产生紊乱形成散射,液晶盒由透明变为不透明.这种现象在液晶显示技术中得到了广泛的应用.

2)光弹性效应

非晶体在通常情况下是各向同性的,不会产生双折射现象.但是当应力作用在非晶体上时,会变成各向异性显示出双折射性质,这种现象称为光弹性效应.应力改变,双折射的性质也改变,例如,将透明塑料膜片放入两块偏振片之间,用力拉紧塑料膜,通过白光可以观察到彩色图案,改变拉力的大小,彩色图样发生改变.

各向同性的物质在某一方向受到拉力或压力作用时,这一方向称为物质的光轴.两束光通过形变物质后,都能够通过检偏器,成为满足干涉条件的光,发生干涉.如果形变物质受力均匀.那么观察到的彩色是均匀的.如果受力不均匀,不同地方的应力不同,出现的彩色颜色也不同,复杂的应力会出现复杂的图案.

利用光弹性效应可以检验各种机床、飞机、建筑物、桥梁、堤坝、电视发射塔等所受的复杂的应力问题.

3)旋光现象

晶体中沿光轴方向传播的光不发生双折射现象,但是会有其他效应.将石英晶体加工成光轴垂直于表面的薄片,线偏振光沿着光轴方向入射时,发现出射光的振动面会发生旋转,这种现象称为旋光现象,如图12.63 所示.能够使线偏振光的振动面发生旋转的物质称为旋光性物质.晶片厚度为1 mm 时转过的角度称为旋光度.对于同一厚度的晶片,不同波长的光偏转的角度不同.当白光入射时,出射光中不同波长成分旋转的角度不同,有不同颜色的光射出,这一现象称为旋光色散.对于石英晶体,振动面转过的角度与晶体的厚度d 成正比,即(www.xing528.com)

图12.63 旋光现象

式中,α 是与晶体有关的常数.

迎面观察通过晶片的光,振动面按顺时针方向转动的称为右旋,逆时针转动的称为左旋.实验发现,线偏振光通过石英晶体,既可以左旋,又可以右旋.据此,可以将石英分为左旋石英和右旋石英.

除了石英等晶体会出现旋光现象外,在液体中也存在旋光现象,如松节油、糖溶液中,线偏振光的电矢量转过的角度为

式中,C 为溶液的浓度;d 为光经过的长度.由于电矢量旋转的角度可以反映蔗糖溶液的浓度,因此可以通过测量旋光测得溶液的浓度,这是工业制糖中测量糖浓度的量糖计的原理.此外,旋光现象在医药、生物物理学等方面也有着广泛的应用.

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