光的偏性晶体双折射精.ppt
光的偏性晶体双折射第1页，本讲稿共22页3.33.35 5 晶体的双折射（要点）晶体的双折射（要点）晶体的双折射现象晶体的双折射现象光在单轴晶体中的波面图光在单轴晶体中的波面图(1)(1)负晶波面图负晶波面图(2)(2)正晶的波面图正晶的波面图用惠更斯原理确定反射和折射光传播方向用惠更斯原理确定反射和折射光传播方向(1)(1)作图法确定光在各向同性介质作图法确定光在各向同性介质(2)(2)用惠更斯作图法确定光在晶体用惠更斯作图法确定光在晶体界面上的反射和折射光方向界面上的反射和折射光方向.中的传播方向中的传播方向.第2页，本讲稿共22页e e光光晶体的截面晶体的截面晶体绕入射光方向旋转晶体绕入射光方向旋转,寻常光寻常光(O(O光光)不动不动,非非常光常光(e e光光)随着晶体旋转随着晶体旋转.1.1.晶体的双折射现象晶体的双折射现象O O光光单色自然光单色自然光一束单色自然光垂直入射于晶体的表面一束单色自然光垂直入射于晶体的表面,进入晶进入晶体后体后,变为两束光变为两束光.第3页，本讲稿共22页光轴光轴晶体晶体光学光学光学光学第4页，本讲稿共22页光轴光轴:晶体中有一个方向晶体中有一个方向,光沿这个方向传播不发生双光沿这个方向传播不发生双折射折射,这个方向叫做光轴这个方向叫做光轴.(.(也叫晶轴也叫晶轴)例如：天然方解石晶体例如：天然方解石晶体一一六六面面棱棱体体,每每一一面面都都是是菱菱形形,大大角角约约为为1021020 0,小小角约为角约为78780 0.78780 01021020 0光轴光轴2晶体的光轴、主截面和主平面晶体的光轴、主截面和主平面第5页，本讲稿共22页寻常光和非常光特点寻常光和非常光特点:寻常光（寻常光（O O光）：光）：(1)(1)是振动面垂直与自己的主平面的线偏振光是振动面垂直与自己的主平面的线偏振光;(3)(3)沿各个方向折射率相同沿各个方向折射率相同,传播速度相同传播速度相同.单轴晶体单轴晶体:方解石方解石,冰，石英，红宝石等。冰，石英，红宝石等。双轴晶体双轴晶体:云母云母,蓝宝石蓝宝石,晶体硫磺等。晶体硫磺等。(2)(2)符合折射定律和反射定律符合折射定律和反射定律;主平面主平面:包括光轴和光线本身的平面包括光轴和光线本身的平面,称为该光线的主平面称为该光线的主平面.主截面：晶体光轴与法线构成的平面。主截面：晶体光轴与法线构成的平面。第6页，本讲稿共22页非常光非常光(e光光):):(1)(1)是振动面平行于自己的主平面的线偏振光是振动面平行于自己的主平面的线偏振光;(2)(2)一般不符合折射定律一般不符合折射定律,在垂直于光轴的方向在垂直于光轴的方向(3)(3)沿不同的方向折射率不同沿不同的方向折射率不同,传播速度不同传播速度不同.当当o o光光和和e e光光的的主主平平面面相相互互平平行行时时,两光的振动面互相垂直两光的振动面互相垂直.对于对于e e光光,沿垂直于光轴的方向的折射沿垂直于光轴的方向的折射率称为主折射率率称为主折射率,记为记为n ne e.传播时符合折射定律传播时符合折射定律.沿光轴的方向折射率和速度与沿光轴的方向折射率和速度与O O光相同光相同.第7页，本讲稿共22页3晶体中晶体中o光与光与e光的相对光强光的相对光强自然光入射：自然光入射：o光与光与e光的光强相等；光的光强相等；线偏振光入射，如图：主平面为线偏振光入射，如图：主平面为xz平面平面yxoeA0Ae 光轴光轴yxA0Ae oAzz第8页，本讲稿共22页由图分析可得：由图分析可得：第9页，本讲稿共22页4.4.光在单轴晶体中的波面图光在单轴晶体中的波面图晶体可分为正晶和负晶晶体可分为正晶和负晶.n ne enno o的晶体的晶体,叫做正晶叫做正晶.如石英如石英.n ne enno o的晶体的晶体,叫做负晶叫做负晶.如方解石如方解石.对于钠黄光对于钠黄光,方解石晶体的折射率方解石晶体的折射率:e光沿垂直于光轴的方向光沿垂直于光轴的方向,折折射率最小射率最小,速度最大速度最大.第10页，本讲稿共22页对于钠黄光对于钠黄光,石英晶体的折射率石英晶体的折射率:e光沿垂直于光轴的方向光沿垂直于光轴的方向,折射率最大折射率最大,速度最小速度最小.第11页，本讲稿共22页(1)(1)负晶波面图（以点光源为例）负晶波面图（以点光源为例）光轴光轴eO OO-xyzO-xyz是方解石晶体内的三维坐标是方解石晶体内的三维坐标o o光光在在晶晶体体内内部部各各个个方方向向速速度度相相同同，所所以以，经经过过t t时时间间o o光光的的波波面面图图是是球球面面；e e光光不不同同方方向向速速度度不不同同，所所以以波波面面图图是是椭球面。椭球面。o o光和光和e e光在光轴方向上相切。光在光轴方向上相切。eo 光轴光轴第12页，本讲稿共22页(2)(2)正晶的波面图正晶的波面图光轴光轴ee e光波面图是长轴为光波面图是长轴为v ve et,t,短轴为短轴为v vo ot,t,在光轴在光轴方向上外切球面的椭球面方向上外切球面的椭球面.钠黄光在石英晶体内折射率钠黄光在石英晶体内折射率:eo 光轴光轴第13页，本讲稿共22页(1)(1)作作图图法法确确定定光光在在各各向向同同性性介介质质界界面上的反射和折射光方向面上的反射和折射光方向.5.5.用惠更斯原理确定用惠更斯原理确定o o光和光和e e光的传播方向光的传播方向n1n2用惠更斯原理确定用惠更斯原理确定反射光的传播方向反射光的传播方向.第14页，本讲稿共22页n1n2用惠更斯原理确定折射光的传播方向用惠更斯原理确定折射光的传播方向.第15页，本讲稿共22页空气空气晶体晶体（a a）方解石）方解石光轴平行于入射面光轴平行于入射面,平平面波斜入射。面波斜入射。光轴光轴 令令AcAc等于等于1.658,1.658,取取1 1为半径作圆为半径作圆 以以o o光波面半径光波面半径为短轴为短轴,令令AcAc等于等于1.486,1.486,取取1 1作长轴作长轴,作椭圆作椭圆(2)(2)用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向.光在方解石晶体中的传播方向光在方解石晶体中的传播方向第16页，本讲稿共22页空气空气晶体晶体.o光光e光光ACB光轴光轴（b）光轴垂直于入射面，平面波斜入射）光轴垂直于入射面，平面波斜入射第17页，本讲稿共22页空气空气晶体晶体(c)(c)方解石方解石光轴光轴K Ke eK Ko oS Se eS So o以以1.4861.486为为半径作半圆圆半径作半圆圆以以o o光波面半径光波面半径为短轴为短轴,1.6581.658为长轴作椭圆为长轴作椭圆光轴平行于入射面光轴平行于入射面.平面波垂直入射平面波垂直入射第18页，本讲稿共22页(d d)方解石方解石:光轴平行于界面光轴平行于界面,光垂直入射到界面上光垂直入射到界面上.空气空气晶体晶体光轴光轴ooee第19页，本讲稿共22页(a)(a)石英石英(正晶正晶)光轴垂直于入射面光轴垂直于入射面空气空气晶体晶体光轴光轴ooee 以以AcAc为为1.54,1.54,取取1 1作半径画圆作半径画圆,作作o o光波面光波面以以AcAc为为1.55,1.55,取取1 1作半径画圆作半径画圆,作作e e光波面光波面.光在石英晶体中的传播方向光在石英晶体中的传播方向第20页，本讲稿共22页光垂直入射到界面上光垂直入射到界面上.（b)b)石英：石英：光轴垂直界面光轴垂直界面空气空气石英石英光轴光轴ooee 第21页，本讲稿共22页补充作业n3.2如图3.2所示,一束单色自然光由空气垂直入射于棱镜（方解石晶体）的一个棱边AB上,已知光轴也垂直于AB,试用作图法求出在另一边BC上的反射光束（其中no=1.658，ne=1.48）。自然光自然光A作图题3.2图BC第22页，本讲稿共22页
