晶体光学基础PPT课件.ppt
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1、关于晶体光学基础第一张,PPT共四十四页,创作于2022年6月 5.1 自然光与偏振光自然光与偏振光 光是具有一定波长的电磁波;具有波动性和微粒性。光是具有一定波长的电磁波;具有波动性和微粒性。光电效应光电效应的发现,证明了光是一物质(即光是由具的发现,证明了光是一物质(即光是由具有极小能量的粒有极小能量的粒“光子光子”组成的),而波动是质的运组成的),而波动是质的运动形式。动形式。光的波动形式光的波动形式以正弦曲线运动,其传播以正弦曲线运动,其传播方向与振动方向相互垂直。方向与振动方向相互垂直。光在真空中速度是:光在真空中速度是:第二张,PPT共四十四页,创作于2022年6月 5.1 自然光
2、与偏振光自然光与偏振光第三张,PPT共四十四页,创作于2022年6月自然光自然光一切普通光源所一切普通光源所发出的光。发出的光。特点:特点:在垂直于光波传在垂直于光波传播方向的平面内,各方播方向的平面内,各方向上都有等幅的光振动,向上都有等幅的光振动,其振动面是瞬息万变的,其振动面是瞬息万变的,有无数个。有无数个。自然光等效为两振幅相等、互相垂自然光等效为两振幅相等、互相垂直的、无相位关系的线偏振光直的、无相位关系的线偏振光 5.1 自然光与偏振光自然光与偏振光振 动 面AB A 自然光 B 偏光图5-2 自然光与偏振光的振动特点第四张,PPT共四十四页,创作于2022年6月偏振光偏振光振动方
3、向固定不变振动方向固定不变特点:在垂直于光波传播方向的平面内,只有特点:在垂直于光波传播方向的平面内,只有一个固定方向上有等幅的光振动,振动面只有一个固定方向上有等幅的光振动,振动面只有一个。又称为平面偏光。一个。又称为平面偏光。5.1 自然光与偏振光自然光与偏振光第五张,PPT共四十四页,创作于2022年6月nnCBA反射光线反射光线D折射光线折射光线5.2 光的折射与全反射光的折射与全反射1 1、光的折射、光的折射(折射定律(折射定律)入射线,折射线和折射面法线恒入射线,折射线和折射面法线恒处于同一平面内,且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于光波处于同一平面内,且入射角的正弦与折射角的正弦
4、之比等于光波在入射介质与折射介质中的波速之比。在入射介质与折射介质中的波速之比。N N2,12,1=v=vi i/v/vr r=sini/sinr =sini/sinr N N2,12,1折射介质对入射介质的折射率。折射介质对入射介质的折射率。若入射介质为真空若入射介质为真空,则,则N N称为折射介质的称为折射介质的绝对折射率,简称折射率。绝对折射率,简称折射率。N=sini/sinr=VN=sini/sinr=V0 0/V/Vr r 折射率值是宏观地反映介质的微观结构的光学常数,是鉴定透明矿物的最可靠常数之一。第六张,PPT共四十四页,创作于2022年6月白光白光 介质折射律不仅与介质种类有
5、关,而且与光的波长有关。介质折射律不仅与介质种类有关,而且与光的波长有关。光在折射时,光在折射时,不同波长的光将分散开来,这种现象不同波长的光将分散开来,这种现象叫作叫作色散色散。5.2 光的折射与全反射光的折射与全反射第七张,PPT共四十四页,创作于2022年6月当入射光由疏介质射入密介质时,当入射光由疏介质射入密介质时,i ir r,即折射线靠近法线;即折射线靠近法线;当入射光由密介质射入疏介质时,当入射光由密介质射入疏介质时,i ir r,即折射线离开法线方向折射。即折射线离开法线方向折射。增大入射角增大入射角i i,折射角折射角r r也随之增大,当也随之增大,当r=90r=90时,光线
6、不再进入折射时,光线不再进入折射介质中,此时的入射角称为全反射角(或临界角,用介质中,此时的入射角称为全反射角(或临界角,用表示表示),),当入当入射角大于临界角时,即产生全射角大于临界角时,即产生全反射。反射。2.光的全反射光的全反射点光源点光源.全内反射全内反射5.2 光的折射与全反射光的折射与全反射第八张,PPT共四十四页,创作于2022年6月当入射角大于等于当入射角大于等于 ic 时,全部光能量都反回原介质这种反射叫作光时,全部光能量都反回原介质这种反射叫作光的的全反射全反射,或叫作光的或叫作光的全内反射全内反射.光进入光学纤维后光进入光学纤维后,多次多次在内壁上发生全内反射在内壁上发
7、生全内反射,光从纤维的一端传向另光从纤维的一端传向另一端一端.光学纤维光学纤维:中央折射率中央折射率大大,表层折射率小的透表层折射率小的透明细玻璃丝明细玻璃丝.应用应用5.2 光的折射与全反射光的折射与全反射第九张,PPT共四十四页,创作于2022年6月设:疏介质折射率设:疏介质折射率n n;密介质折射率密介质折射率N N;由折射定律:由折射定律:sin/sin 90=n/N n=Nsin sin/sin 90=n/N n=Nsin当当N N已知时,由全反射原理可求出另一介质的折射率已知时,由全反射原理可求出另一介质的折射率n n。阿贝折光仪阿贝折光仪应用应用5.2 光的折射与全反射光的折射与
8、全反射第十张,PPT共四十四页,创作于2022年6月rcr90i2112图5-5 阿贝折射仪工作原理图第十一张,PPT共四十四页,创作于2022年6月5.3 光的色散单色光:是只有一种频率或波长的光。单色光:是只有一种频率或波长的光。复色光:是包括多种频率的光。复色光:是包括多种频率的光。光的色散:是复色光分解为单色光而形成光谱的光的色散:是复色光分解为单色光而形成光谱的 现象。现象。760 630 600 570 500 450 430 400(nm)红红 橙橙 黄黄 绿绿 青青 蓝蓝 紫紫 第十二张,PPT共四十四页,创作于2022年6月5.4.4光在晶体中的传播光在晶体中的传播根据物质的
9、光学性质,将透明固体物质根据物质的光学性质,将透明固体物质分为二类:均质体与非均质体。分为二类:均质体与非均质体。1 1、光在均质体中的传播、光在均质体中的传播 其传播速度不因光波振动方向其传播速度不因光波振动方向的改变而发生变化。即光在均质的改变而发生变化。即光在均质体中传播时,只发生单折射,其体中传播时,只发生单折射,其折射率值只有一个,并且入射光折射率值只有一个,并且入射光波的振动特点和振动方向基本不波的振动特点和振动方向基本不改变。改变。常见的均质体有二类:常见的均质体有二类:非晶体非晶体(如玻璃、树胶等)和等轴晶系(如玻璃、树胶等)和等轴晶系的晶体(如萤石、方镁石、石盐的晶体(如萤石
10、、方镁石、石盐等)。等)。均空图5-7 光波垂直均质体薄片入射示意图第十三张,PPT共四十四页,创作于2022年6月2 2、光在非均质体中的传播、光在非均质体中的传播 其传播速度随光波振动方向的改变而发生其传播速度随光波振动方向的改变而发生变化,因而折射率值也因振动方向的不同而变变化,因而折射率值也因振动方向的不同而变化,即非均质体的折射率值不只一个。化,即非均质体的折射率值不只一个。光波射入非均质体,除特殊方向外,都光波射入非均质体,除特殊方向外,都要分解成振动方向相互垂直且传播速度不等要分解成振动方向相互垂直且传播速度不等的两种偏光的两种偏光即发生双折射现象(如图)。即发生双折射现象(如图
11、)。两条偏光的折射率值之差称为双折射率。两条偏光的折射率值之差称为双折射率。实验证明,光波射入非均质实验证明,光波射入非均质体的特殊方向不产生双折射体的特殊方向不产生双折射现象,该方向称为光轴(现象,该方向称为光轴(OAOA表示)。根据这一性质,表示)。根据这一性质,可将非均质体分为二类:可将非均质体分为二类:一轴晶和二轴晶。一轴晶和二轴晶。5.4.4光在晶体中的传播光在晶体中的传播Ne/C轴No图5-8 冰洲石的双折射现象第十四张,PPT共四十四页,创作于2022年6月e e光光晶体的截面晶体的截面O O光光单色自然光单色自然光78780 01021020 0光轴光轴5.4.4光在晶体中的传
12、播光在晶体中的传播第十五张,PPT共四十四页,创作于2022年6月一轴晶一轴晶晶体中只有晶体中只有一个方向不产生双折射,一个方向不产生双折射,即只有一根光轴(中级即只有一根光轴(中级晶族晶体)。晶族晶体)。二轴晶二轴晶晶体中有晶体中有二个方向不产生双折二个方向不产生双折射,即有二根光轴射,即有二根光轴(低级晶族晶体)。(低级晶族晶体)。另一偏光振动方向平行于另一偏光振动方向平行于光轴和光波传播方向构成光轴和光波传播方向构成的平面的平面非常光,以非常光,以“e e”表示;表示;其折射率值随光波振动其折射率值随光波振动方向不同而变化,以方向不同而变化,以“N Ne e”表示。表示。对于一轴晶,除光
13、轴方向外,对于一轴晶,除光轴方向外,入射光均有二个折射率,一偏入射光均有二个折射率,一偏光振动方向永远与光轴垂直光振动方向永远与光轴垂直常光,以常光,以“o o”表示;表示;其折射其折射率值保持不变,以率值保持不变,以“N No o”表示。表示。5.4.4光在晶体中的传播光在晶体中的传播Ne/C轴No图5-8 冰洲石的双折射现象第十六张,PPT共四十四页,创作于2022年6月5.5 5.5 光率体光率体1 1、定义、定义:表示光波在晶体中传播时,其振动方向与相表示光波在晶体中传播时,其振动方向与相应折射率之间关系的光性指示体(立体几何图形)。应折射率之间关系的光性指示体(立体几何图形)。作图方
14、法简介作图方法简介:P83:P832、光率体的分类光率体的分类根据晶体的对称特征,分为三类:根据晶体的对称特征,分为三类:均质体光率体、一轴晶光率体、二轴晶光率体。均质体光率体、一轴晶光率体、二轴晶光率体。问题:如果一个晶体被分成多块,其光率体有何变化问题:如果一个晶体被分成多块,其光率体有何变化?第十七张,PPT共四十四页,创作于2022年6月形态球体;n对光性的指示过光率体的中心垂直入射光作切面,在任何方向上得到的都是圆切面,圆切面的半径代表其折射率值。均质体的光率体是一个圆球体,可用球面方程表示:X2+Y2+Z2=N2,其中N为均质体的折射率。NNON5.5 5.5 光率体光率体5.5.
15、1 5.5.1 均质体光率体均质体光率体第十八张,PPT共四十四页,创作于2022年6月(1)(1)形态形态旋转椭球体,旋转旋转椭球体,旋转轴为光轴(晶体的轴为光轴(晶体的c c轴),并轴),并且有正负之分。且有正负之分。5.5 光率体光率体5.5.2 5.5.2 一轴晶光率体一轴晶光率体特点:特点:旋转轴为长轴,旋转轴为长轴,NeNeNoNo,一轴晶正光性一轴晶正光性光率体,相应矿物为一轴光率体,相应矿物为一轴晶正光性矿物。晶正光性矿物。NoNeONo第十九张,PPT共四十四页,创作于2022年6月 (2)举例:)举例:a、石英、石英:光沿光沿c轴方向入射,不发生双折射,轴方向入射,不发生双
16、折射,c轴切片的折射率:轴切片的折射率:No=1.544,为圆为圆切面;切面;光波垂直光波垂直c 轴入射,发生双折射,轴入射,发生双折射,产生二条振动方向相互垂直的偏光,产生二条振动方向相互垂直的偏光,c轴切片上,测得折射率轴切片上,测得折射率No=1.544,Ne=1.553。为椭圆切面。为椭圆切面。垂直垂直c轴的入射光可有无数条,均可轴的入射光可有无数条,均可得到相同的椭圆切面,将它们联系起来,得到相同的椭圆切面,将它们联系起来,可得到石英的光率体。可得到石英的光率体。quartzc-axis1.5441.553O5.5 光率体光率体5.5.2 5.5.2 一轴晶光率体一轴晶光率体第二十张
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