双折射现象的电磁理论解释

双折射现象中,一束光线在晶体中传播时会被分成寻常光线和非常光线,并且这两束光线的波阵面明显不同。本文从电磁学的角度对上述现象发生的机理进行探讨,以期为双折射现象的研究提供新的思路。     

利用等频面分析各向异性晶体的双折射

在光学课程的学习中,各向异性晶体的双折射一直是重点和难点.根据基本的电磁场理论,利用等频面对各向异性晶体中的双折射性质进行了直观的分析,计算了e光和o光在各向异性介质界面的反射和折射性质,并利用等频面很好地分析了超材料中的光学负折射.利用电磁仿真软件对单轴各向异性介质中的双折射以及超材料中的负折射现象进行了模拟,加深学生对各向异性介质及其中双折射性质的理解,激发了其学习兴趣,提高了教学效果.     

正交线偏振激光器原理与应用（I）——正交线偏振激光的产生机理和器件研究

激光诞生后，出现了两种正交偏振激光器：Zeeman双频激光和四频环形激光陀螺．而由两个反射镜构成谐振腔的激光器、即驻波激光器，其内放入双折射元件时的物理效应和应用却成为空白．综述了过去十几年国内外，特别是研究了正交偏振驻波激光原理和器件方面取得的进展．首先，导出激光频率分裂的公式，并利用了几乎全部的量子光学现象(各种双折射元件及其物理效应)实现了驻波激光器正交线偏振激光振荡．这些量子光学现象有：晶体石英双折射效应、方解石双折射效应、应力(光弹)双折射效应、光电双折射效应等．其次，实验中观察发现了若干激光物理现象，如晶体石英旋光性造成的频率分裂畸变，强模竞争发生时的两频率问隔，频率分裂的越级等．再次，由于原理的限制，传统的Zeeman双频激光器输出的频差不可能大于3MHz．为了解决这一问题，实验室制成了几种原理的正交偏振双频激光器件：可输出40MHz到几百MHz频差的双折射双频激光器；可输出从1MHz到几百MHz频差的双折射-Zeeman双频激光器和双双折射双频激光器；输出巨大频差(几个GHz)的LD泵浦YAG双折射双频激光器；纵模问隔约为c／4L(普通激光器为c／2L)的激光器等．     

冰洲石-玻璃90°转向起偏棱镜的设计研究

为了节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料,采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法,设计了一种新型起偏棱镜.设计样品由ZBaF3玻璃与冰洲石晶体通过大折射率液态胶合剂溴代萘胶合而成;该棱镜不仅可以实现o光的偏振输出,还可实现入射光的90°转向.通过实验测试,该棱镜的透射比在80%以上,消光比优于10-5.理论设计和性能测试均表明,冰洲石-玻璃90°转向起偏棱镜在一般情况下可以取代相应的纯冰洲石晶体材料的偏光棱镜.     

尼科耳棱镜中e光光束的传播方向和光束平移

章定量分析了晶体双折射现象中非常光、寻常光的折射方向，并得到它们的夹角与入射角的光轴方向之间的关系式．给出了尼科耳棱镜中e光的折射角．推出了光束经尼科耳棱镜的光束平移距离。     

正交线偏振激光器原理与应用(Ⅰ)--正交线偏振激光的产生机理和器件研究

激光诞生后,出现了两种正交偏振激光器:Zeeman双频激光和四频环形激光陀螺. 而由两个反射镜构成谐振腔的激光器、即驻波激光器,其内放入双折射元件时的物理效应和应用却成为空白. 综述了过去十几年国内外,特别是研究了正交偏振驻波激光原理和器件方面取得的进展. 首先,导出激光频率分裂的公式,并利用了几乎全部的量子光学现象(各种双折射元件及其物理效应)实现了驻波激光器正交线偏振激光振荡. 这些量子光学现象有:晶体石英双折射效应、方解石双折射效应、应力(光弹)双折射效应、光电双折射效应等. 其次,实验中观察发现了若干激光物理现象,如晶体石英旋光性造成的频率分裂畸变,强模竞争发生时的两频率间隔,频率分裂的越级等. 再次,由于原理的限制,传统的Zeeman双频激光器输出的频差不可能大于3?MHz. 为了解决这一问题,实验室制成了几种原理的正交偏振双频激光器件:可输出40?MHz到几百MHz频差的双折射双频激光器;可输出从1?MHz到几百MHz频差的双折射-Zeeman双频激光器和双双折射双频激光器;输出巨大频差(几个GHz)的LD泵浦YAG双折射双频激光器;纵模间隔约为c/4L(普通激光器为c/2L)的激光器等.     

法拉第效应的光谱测量法

设计了一种在室温和低磁场条件下．用光谱法测量法拉第效应的实验方法．利用多通道分光光度计,测量自然光通过顺磁性玻璃材料时的法拉第旋转谱线．得到费尔德常数与不同波长光线的关系曲线．从而方便、直观地揭示出自然光的旋光色散现象．     

正交线偏振激光器原理与应用(Ⅱ)--物理现象研究

系统介绍了作者实验室发现的正交线偏振激光的物理现象及对若干问题的理论分析.包括:强烈与中度模竞争之间的转换,即竞争中两个频率之一由振荡到熄灭或从熄灭到振荡的过程;强烈模竞争的频差范围的确定(0～40 MHz左右);双折射双频激光器腔调谐中出现的4种偏振态组合(o光振荡、e光不振荡,o光、e光同时振荡,o光不振荡、e光振荡,o光、e光都不振荡,循环重复);双折射双频激光器频差调谐现象;双折射Zeeman双频激光器的功率调谐、频差调谐特性;正交线偏振激光回馈自混合干涉中两个频率的相互抑制,强度的转移;双折射外腔回馈引入的条纹倍频现象;石英晶体旋光性造成的激光两端偏振方向的差异及随晶片旋转的改变,频率分裂畸变等.     

光学脉冲磁场传感测量中线双折射的补偿

线双折射是制约光学磁场传感器实用化的重要因素之一.为降低线双折射对光学磁场传感器稳定性和输出精度的影响,提出了光路补偿和电路补偿两种方案.光路补偿中使用一对光轴正交的磁光晶体材料作为传感元件,利用琼斯矩阵进行了理论推导,并进行了仿真验证.电路补偿适用于线双折射较大的情况,在交、直流分量中引入修正因子再进行信号处理,仿真计算得到修正因子的最佳值.结果表明,提出的两种方案均能提高输出线性度,改善系统输出误差.     

光轴取向任意时单轴晶体界面上的双折射

根据入射光、反射光和折射光之间的位相匹配条件,利用晶体的折射率面,通过作图法,分析了光轴取向任意,自然光从各向同性介质入射到单轴晶体时界面上的反射和双折射.从图上直接得到了反射光波和折射光波的位置,然后利用几何关系,得到了光波反射角和光波折射角的解析表达式.根据介质中光波与光线的关系,进一步分析了反射光线和折射光线的位置,并给出了光波与光线的离散角、光线反射角和光线折射角的解析表达式.该方法简单直观,结果具有一般性.     

LCD中液晶光学特性变化织构分析

通过对接受不同光辐照时间的液晶偏光织构的分析,研究了光辐照对液晶性能变化和液晶分子取向变化的影响,阐明了长期光辐照下液晶显示器件失效的原因.发现随着液晶显示器件接受光辐照时间的积累,其液晶织构逐渐发生变化.失去旋光性的黑色条纹和黑洞的存在是液晶显示器件性能下降的主要原因.     

纤维双折射率的测试方法和仪器的研究

本文研究了通常测量纤维双折射的方法及其发展,着重研究了新的测试方法和仪器。这种方法——晶片组合补偿法,其补偿器比较容易制作,并可精确地测量它的光程差。新型的纤维双折射仪,包括晶片组合补偿法、倾斜补偿法、旋转补偿法。用它对几种生产量广的合成纤维进行过大量双折射率测试,得到满意结果。同时配备微型计算机,可直接打印出测试结果;从而进一步提高了测试速度和准确度。此仪器已在有关生产单位作为常规检测设备。     

利用平行分束偏光镜干涉装置测定晶体折射率

利用平行分束偏光镜、1／2波片、起偏器、检偏器的恰当组合,给出了一套偏振光干涉实验装置。经过分析,该装置不仅能完成偏振光的干涉实验,而且可以测定晶体的折射率或折射率分布情况,通过测量干涉光强,当在单光路中置入折射率均匀晶体时,可以计算出相应的折射率;如果在两个光路中置入同一非均匀折射率晶体,则可以测定该晶体的折射率分布情况,分析了可能的误差来源,并提出了装置的优化设计方案,指出了实验系统的优缺点。     

偏振光器件作用效果的Poincare球表示

为更加形象直观地描述全偏光通过偏振光器件后的变换规律,以表示全偏光的Stokes矢量和表示偏振光器件的Mueller矩阵为基础,推导出了入射全偏光分别通过线偏器、旋光器和延迟器（波片）后的Stokes矢量,通过比较入射光偏振态和出射光偏振态在Poincare球上的位置关系,分析了前后偏振态的变换规律,结合数学表示和几何表示在Poincare球上清晰明确地表示出了偏振光器件的作用效果.     

Influencing intramolecular motion with an alternating electric field

Analogues of mechanical devices that operate on the molecular level, such as shuttles, brakes, ratchets, turnstiles and unidirectional spinning motors, are current targets of both synthetic chemistry and nanotechnology. These structures are designed to restrict the degrees of freedom of submolecular components such that they can only move with respect to each other in a predetermined manner, ideally under the influence of some external stimuli. Alternating-current (a.c.) electric fields are commonly used to probe electronic structure, but can also change the orientation of molecules (a phenomenon exploited in liquid crystal displays), or interact with large-scale molecular motions, such as the backbone fluctuations of semi-rigid polymers. Here we show that modest a.c. fields can be used to monitor and influence the relative motion within certain rotaxanes, molecules comprising a ring that rotates around a linear 'thread' carrying bulky 'stoppers' at each end. We observe strong birefringence at frequencies that correspond to the rate at which the molecular ring pirouettes about the thread, with the frequency of maximum birefringence, and by inference also the rate of ring pirouetting giving rise to it, changing as the electric field strength is varied. Computer simulations and nuclear magnetic resonance spectroscopy show the ring rotation to be the only dynamic process occurring on a timescale corresponding to the frequency of maximum birefringence, thus confirming that mechanical motion within the rotaxanes can be addressed, and to some extent controlled, by oscillating electric fields.     

等规聚丙烯未拉伸单丝的结构形态

本文采用正交偏振光、小角激光散射、扫描电子显微镜,广角X光衍射、密度、双折射和切片技术,对工业用丝——IPP单丝的未拉伸丝的结构及其形态进行了广泛的研究。研究结果表明,球晶是IPP未拉伸单丝中主要的结构形式,并具有特殊的光学特性。在正交偏振光下,表征球晶特征的马尔托思黑十字图案只有在特定的位置上出现。当试样旋转360°时,黑十字共出现4次。熔体温度、挤出量、冷却介质和分子量等参数均要影响球晶的的大小。其中,冷却介质还进一步改变球晶的规整性。空气中冷却试样的消光图案不及水冷却试样清晰整齐。在球晶的结晶变体中,可以出现α晶、或是拟六方酝晶,以及两者的混合形式。同时,在IPP未拉伸单丝中,径向明显地显出结构差异,球晶尺寸,双折射等在横截面上都存在着分布。 IPP未拉伸单丝的这种结构特征,无疑要影响到它的拉伸性能和成品纤维的质量。     

椭圆偏振光与部分偏振光的实验现象分析

由于部分偏振光与椭圆偏振光经旋转偏振片后,其光强发生相似的变化,所以难以区分.采用在椭圆偏振光路中加入2片1/4波片,在部分偏振光光路中加入1片1/4波片,从而加以区分.实验结果表明,部分偏振光的光强发生变化,但是没有出现消光现象,椭圆偏振光通过1/4波片变成浅偏振光,出现消光现象.     

Orthogonally linear polarized lasers(Ⅰ)--principle and devices

Two kinds of orthogonally polarized lasers, i.e. Zeeman dual-frequency lasers and four-frequency ring lasers (laser gyros) have been developed since the invention of lasers, in which circularly polarized lights oscillate. This paper summarizes recent progress of the study on orthogonally linear polarized lasers with the standing wave cavity. Firstly, the expression of producing orthogonally linear polarized lights in standing wave cavity, i.e. laser frequency splitting, is given. Almost all the birefringence effects made in laser cavity are used to produce orthogonally linear polarized lights. The effect includes quartz crystal birefringence effect, calcite birefringence effect,stress (photo-elastic) birefringence effect and electro-optical birefringence effect. Secondly, several physical phenomena of orthogonally linear polarized lasers are discovered such as aberrance of frequency splitting curves caused by optical activity of quartz crystal, order-passing of longitudinal modes with frequency splitting and strong modes competition. Finally, because the traditional Zeeman dual frequency laser cannot output frequency difference larger than 3 MHz, the approaches of obtaining larger frequency difference are studied. The sequential results, several kinds of orthogonally polarized lasers, are described, such as birefringence dual frequency lasers outputting a frequency difference from 40 MHz to hundreds of megahertz, birefringence-Zeeman dual frequency lasers outputting a frequency difference from 1 MHz to hundreds of megahertz, the LD pumped YAG birefringence dual frequency laser outputting frequency difference of several gigahertz, and the lasers whose longitudinal mode spacing is c/4L instead of c/2L.     

基于偏振态颜色编码的晶体应力双折射成像

提出了一种基于双线偏振CCD-全Stokes参量测量的偏振态色度成像新方法.通过分焦面Stokes参量测量与RGB颜色编码相结合,设计并研制了基于双线偏振CCD-全Stokes参量测量的偏振态色度成像系统.利用该系统,获得了晶体模型应力双折射分布的偏振态色度图像,并与传统的光弹性应力测量法进行了比较,偏振态色度成像法不...