光在晶体中传播.ppt

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1、光的双折射现象光的双折射现象1 1 双折射现象双折射现象2 2 晶体光学器件晶体光学器件（偏振器、波片、相位补偿器）（偏振器、波片、相位补偿器）3 3 人工双折射人工双折射4 4 旋光现象旋光现象-光在各向异型晶体中传播光在各向异型晶体中传播光在各向异型晶体中传播光在各向异型晶体中传播2方解石晶体的双折射方解石晶体的双折射（double refraction，birefringence）1.双折射实验现象双折射实验现象双折射实验现象双折射实验现象u一束光入射到各向异性介质时，折射光分成两束一束光入射到各向异性介质时，折射光分成两束：双折射双折射u在在晶体中晶体中,o o光永远在入射面内；光永远

2、在入射面内；而而e e光不一定在入射面内，只有几个特殊方向才在入射面内光不一定在入射面内，只有几个特殊方向才在入射面内一束一般不遵从一束一般不遵从一束一般不遵从一束一般不遵从一束遵从折射定律一束遵从折射定律一束遵从折射定律一束遵从折射定律寻常光（寻常光（寻常光（寻常光（ordinary ordinary o o光）光）光）光）非常光（非常光（非常光（非常光（extraordinary extraordinary e e光）光）光）光）u当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向(光光轴轴方方向向)传传播播时时不不发发生双折射生双折射一一一一.双折射现象及描述双折射现象及描述双折射现象

3、及描述双折射现象及描述 晶体的光轴晶体的光轴晶体的光轴晶体的光轴当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双双折折射射，该该方方向向称称为晶体的为晶体的光轴。光轴。例：方解石晶体（冰洲石）例：方解石晶体（冰洲石）光光轴轴是是一一个个特特殊殊的的方方向向，凡凡平平行行于于此此方方向的直线均为光轴向的直线均为光轴.单轴晶体单轴晶体单轴晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体，只有一个光轴的晶体，只有一个光轴的晶体，只有一个光轴的晶体，如方解石、石英、红宝石。如方解石、石英、红宝石。如方解石、石英、红宝石。如方解石、石英、红宝石。双轴晶体：双轴晶体：双轴晶体：双轴晶体：有两

4、个光轴的晶体，有两个光轴的晶体，有两个光轴的晶体，有两个光轴的晶体，如云母。如云母。如云母。如云母。由由三三个个钝钝角角面面会会合合而而成成的的顶顶点点引引出出的的与三个棱边成等角的方向就是与三个棱边成等角的方向就是光轴。光轴。光轴光轴AB102785用偏振片来检查用偏振片来检查o,eo,e两折射光的振动方向两折射光的振动方向uo o光光振振动动方方向向始始终终垂垂直直于于o o光光线线与与光光轴轴构构成成的的平平面面(o o光光主主平面平面)，并与光轴方向相垂直，并与光轴方向相垂直e e光光振振动动方方向向始始终终在在e e光光线线与与光光轴轴构构成成的的平平面面内内(e e光光主主平平面面

5、)，并不一定与光轴相垂直。，并不一定与光轴相垂直。uuo o o o振动振动振动振动的传播具有各向同性，的传播具有各向同性，的传播具有各向同性，的传播具有各向同性，e e e e振动振动振动振动的传播具有各向异性的传播具有各向异性的传播具有各向异性的传播具有各向异性 主平面主平面主平面主平面o o光光光轴光轴o o o o光光光光的的主平面主平面e e光光光轴光轴e e e e光光光光的的主平面主平面o o o o光光光光振动振动振动振动垂直垂直垂直垂直o o o o光的主平面光的主平面光的主平面光的主平面，e e e e光光光光振动振动振动振动在在在在e e e e光的主平面内光的主平面内光

6、的主平面内光的主平面内。主截面主截面主截面主截面：晶体表面的晶体表面的法线法线法线法线与晶体与晶体光轴光轴光轴光轴构成的平面。构成的平面。晶晶晶晶体体体体中中中中光光光光的的的的传传传传播播播播方方方方向向向向与与与与晶晶晶晶体体体体光光光光轴轴轴轴构构构构成成成成的的的的平平平平面面面面叫叫叫叫该该该该束束束束光光光光的的的的主平面。主平面。主平面。主平面。与晶体相关，与光线无关与晶体相关，与光线无关几个概念几个概念几个概念几个概念注意：注意：注意：注意：主要研究：主要研究：主要研究：主要研究：*o o光光光光 e e光的主平面不一定相同光的主平面不一定相同光的主平面不一定相同光的主平面不一

7、定相同 o o o o光的振动方向光的振动方向光的振动方向光的振动方向 o o o o光的主平面光的主平面光的主平面光的主平面 e e e e光的振动方向光的振动方向光的振动方向光的振动方向/e e e e光的主平面光的主平面光的主平面光的主平面*主平面，主截面不一定相同主平面，主截面不一定相同主平面，主截面不一定相同主平面，主截面不一定相同（A A）入射光在主截面内入射光在主截面内入射光在主截面内入射光在主截面内（B B）主平面、主截面为同一平面主平面、主截面为同一平面主平面、主截面为同一平面主平面、主截面为同一平面1、晶体的、晶体的光轴光轴2、晶体的、晶体的主截面主截面3、光线的、光线的主

8、平面主平面1 1、两折射光、两折射光、两折射光、两折射光晶体中晶体中晶体中晶体中任一点任一点任一点任一点发出的次波应有两个波面发出的次波应有两个波面发出的次波应有两个波面发出的次波应有两个波面二二二二.单轴晶体中光波的波面单轴晶体中光波的波面单轴晶体中光波的波面单轴晶体中光波的波面惠更斯原理可讨论光在各向同性介质中传播和折射规律惠更斯原理可讨论光在各向同性介质中传播和折射规律惠更斯原理可讨论光在各向同性介质中传播和折射规律惠更斯原理可讨论光在各向同性介质中传播和折射规律惠更斯对各向异性晶体中波面的描述惠更斯对各向异性晶体中波面的描述惠更斯对各向异性晶体中波面的描述惠更斯对各向异性晶体中波面的描

9、述2 2、o o光光光光和和和和e e光光光光次次次次波波波波面面面面应应应应为为为为球球球球面面面面、旋旋旋旋转转转转椭椭椭椭球球球球面面面面(围围围围绕绕绕绕光光光光轴轴轴轴方方方方向向向向 的回转的椭球面的回转的椭球面的回转的椭球面的回转的椭球面)3 3、沿光轴方向不发生双折射、沿光轴方向不发生双折射、沿光轴方向不发生双折射、沿光轴方向不发生双折射光轴方向光轴方向两波面应相切两波面应相切两波面应相切两波面应相切vo t ve t光轴光轴 点波源点波源点波源点波源单轴晶体的主折射率单轴晶体的主折射率单轴晶体的主折射率单轴晶体的主折射率o光：光：vo t光轴光轴e光：光：光轴光轴ve tvo

10、 t n no o，n ne e晶体的晶体的晶体的晶体的主折射率主折射率主折射率主折射率在在在在垂直垂直垂直垂直于光轴的方向上于光轴的方向上于光轴的方向上于光轴的方向上对对对对o o o o光：一个折射率光：一个折射率光：一个折射率光：一个折射率 ;对对对对e e e e光：无数个折射率光：无数个折射率光：无数个折射率光：无数个折射率在光轴方向上相等在光轴方向上相等在光轴方向上相等在光轴方向上相等正晶体：正晶体：正晶体：正晶体：n ne e n no o(v ve e v vo o)负晶体：负晶体：负晶体：负晶体：ne vo)如：石英、冰如：石英、冰如：石英、冰如：石英、冰如：方解石、红宝石如

11、：方解石、红宝石如：方解石、红宝石如：方解石、红宝石光轴方光轴方光轴方光轴方向相切向相切向相切向相切点波源点波源点波源点波源vo tve t光轴光轴 vo t ve t光轴光轴 点波源点波源点波源点波源i0o e ee三三三三.单轴晶体中光传播的惠更斯作图法单轴晶体中光传播的惠更斯作图法单轴晶体中光传播的惠更斯作图法单轴晶体中光传播的惠更斯作图法1.1.1.1.光轴光轴光轴光轴平行晶体表面平行晶体表面平行晶体表面平行晶体表面，平行入射面，自然光垂直界面入射，平行入射面，自然光垂直界面入射，平行入射面，自然光垂直界面入射，平行入射面，自然光垂直界面入射光轴光轴2.2.2.2.光轴光轴光轴光轴平行

12、晶体表面平行晶体表面平行晶体表面平行晶体表面，垂直入射面，自然光与界面斜入射，垂直入射面，自然光与界面斜入射，垂直入射面，自然光与界面斜入射，垂直入射面，自然光与界面斜入射 光轴光轴光轴光轴iievotve eto ect以负晶体（以负晶体（以负晶体（以负晶体（v ve e v vo o）为例：（速度面为例：（速度面为例：（速度面为例：（速度面,次波面次波面次波面次波面,能量面）能量面）能量面）能量面）ooe e e e光光光光的的的的次次次次波波波波面面面面（圆圆圆圆）对对对对应应应应的的的的波波波波阵面阵面阵面阵面(等相面等相面等相面等相面)与其波射线垂直与其波射线垂直与其波射线垂直与其波

13、射线垂直 主截面、入射面、主平面主截面、入射面、主平面主截面、入射面、主平面主截面、入射面、主平面重合；且入射光线垂直界重合；且入射光线垂直界重合；且入射光线垂直界重合；且入射光线垂直界面和光轴面和光轴面和光轴面和光轴3.3.3.3.光光光光轴轴轴轴与与与与晶晶晶晶体体体体表表表表面面面面斜斜斜斜交交交交，自自自自然然然然光光光光垂垂垂垂直直直直界界界界面面面面入入入入射射射射，与与与与光光光光轴轴轴轴有一定夹角有一定夹角有一定夹角有一定夹角ooee晶体晶体光光光光轴轴轴轴注意：注意：注意：注意：此时此时此时此时e e e e光不满足折射定律光不满足折射定律光不满足折射定律光不满足折射定律次波

14、面的公切面即为其波阵面次波面的公切面即为其波阵面次波面的公切面即为其波阵面次波面的公切面即为其波阵面(等相面等相面等相面等相面)，对应相速度，对应相速度，对应相速度，对应相速度13双折射现象产生的原因：不同的方向极化大小不一样双折射现象产生的原因：不同的方向极化大小不一样CaCO3CaOCz光轴光轴方方解解石石内内部部的的原原子子排排列列如如图图。每每个个COCO3 3原原 子子 群群构构成成三三角角形形平平面面垂垂直直于于光轴光轴光轴光轴。14当当E COCO3 3平平面面，即即平平行行于于光光轴轴Z Z时时，每每个个较较易易极极化化了了的的氧氧原原子子所所产产生生的的局局域域场场都都使使邻

15、邻近近的的O O极极化化变变小小(b)(b)。当当E在在COCO3 3平平面面内内，即即垂垂直直于于Z Z，两两个个极极化化了了的的O O的的局局域域场场都都使使第第三三个个O O增增大大极极化化。即即，平平行行光光轴轴的的E引引起起极极化化较较难难难难，介介电电系系数数和和折折射射率率就就较较小小小小；垂垂直直光光轴轴的的E引引起起极极化化较较容容易易易易，介介电电系系数数和和折折射射率率就就较较大大大大，致致使使振振动动方方向向不不同同的的光光波波的的传传播播速速度度也也不不相相同同。可可见见，由由于于晶晶体体内内部部原原子子排排列列的的对对称称性性，使使原原子子的的极极极极化化化化随随随

16、随方方方方向向向向而而而而不不不不同同同同，导导致致了了光光的的传传播播速速度度(即即折折射射率率)随随光光光光振振振振动动动动的的的的方方方方向向向向而而变变，这这是是晶晶体体双双折折射射的基本原因。的基本原因。15作业：作业：5-9，5-10，5-112.2.晶体光学器件晶体光学器件一一一一.晶体起偏器件晶体起偏器件晶体起偏器件晶体起偏器件 1.1.晶体的二向色性偏振器晶体的二向色性偏振器晶体的二向色性偏振器晶体的二向色性偏振器某些晶体对某些晶体对某些晶体对某些晶体对o o光和光和光和光和e e光的吸收有很大差异，叫晶体的光的吸收有很大差异，叫晶体的光的吸收有很大差异，叫晶体的光的吸收有很

17、大差异，叫晶体的二向色性二向色性二向色性二向色性 例如，电气石对例如，电气石对o光光有强烈吸收，对有强烈吸收，对e光光吸收很弱吸收很弱 光轴光轴光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴光轴光轴 尼科尔棱镜尼科尔棱镜尼科尔棱镜尼科尔棱镜:eoe2.2.偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜i i 临界角临界角（6969），o o 光光光光全反射了全反射了，e e 光光光光可通过可通过 限制：入射光的汇聚角度有限，限制：入射光的汇聚角度有限，So Se的夹角小于的夹角小于28oSoSeS加加拿拿大大树树胶胶(紫外不透明紫外不透明)e光不能用折射定律光不能用折射定律方解石制成的洛匈棱镜eo玻璃和方解石构成自然光

18、自然光自然光自然光eo负单晶负单晶负单晶负单晶 n no o n ne e 洛匈棱镜：洛匈棱镜：洛匈棱镜：洛匈棱镜：注意：注意：光轴的配置光轴的配置光轴的配置光轴的配置，偏振偏振偏振偏振和和方向方向方向方向的变化的变化光轴垂直于入射面光轴垂直于入射面 e光可以用折射定律光可以用折射定律 渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜e12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴光轴光轴光轴光轴o两块晶体内两块晶体内o光和光和e光互换光互换Real PolarizersAir-spaced polarizers 为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆 回顾回顾回顾回顾振动的合成:偏振光的产生偏

19、振光的产生偏振光的产生偏振光的产生（迎着迎着迎着迎着传播方向看）传播方向看）传播方向看）传播方向看）二二二二.波晶片波晶片波晶片波晶片相位延迟相位延迟相位延迟相位延迟圆和椭圆偏振光的起偏与检偏圆和椭圆偏振光的起偏与检偏圆和椭圆偏振光的起偏与检偏圆和椭圆偏振光的起偏与检偏垂垂直直光光轴轴传传播播任任何何偏偏振振态态的的光光在在晶晶体体中中总总是是分分解解为为沿沿光光轴轴方方向向振振动动(e)和和垂垂直直光光轴轴振振动动(o)的的两两相相互互垂垂直的本征振动的迭加直的本征振动的迭加注意：注意：（1 1）自自然然光光在在双双折折射射晶晶体体中中产产生生的的o o光光、e e光光迭迭加加，不能产生完全

20、偏振光。不能产生完全偏振光。（2 2）由由同同一一单单色色的的偏偏振振光光在在双双折折射射晶晶体体中中分分成成的的o o光、光、e e光可以产生完全偏振光。光可以产生完全偏振光。o o光、光、e e光两光两相互垂直线振动相互垂直线振动相互垂直线振动相互垂直线振动可产生可产生各偏振态各偏振态1、入射波片前的位相关系、入射波片前的位相关系2、经波片产生的位相差、经波片产生的位相差偏振态偏振态一偏振态一偏振态经经波晶波晶片片后的偏振态：后的偏振态：3、振幅比、振幅比线偏振光：线偏振光：线偏振光：线偏振光：是是振动方向与光轴振动方向与光轴的夹角的夹角1 1、光正入射、光正入射、光正入射、光正入射 光轴

21、平行表面光轴平行表面光轴平行表面光轴平行表面的晶体薄片的晶体薄片的晶体薄片的晶体薄片 相位关系：相位关系：相位关系：相位关系：入射面入射面A A波晶片产生的相波晶片产生的相位延迟位延迟输出面输出面B Bo o相位相位e e相位相位o-eo-e负晶体（方解石）正晶体（石英）3、出射光的偏振态可根据以前建立的偏振态的判据判定判断光通过波片后它的偏振态可归纳为以下几个步判断光通过波片后它的偏振态可归纳为以下几个步判断光通过波片后它的偏振态可归纳为以下几个步判断光通过波片后它的偏振态可归纳为以下几个步骤：骤：骤：骤：1、将入射光的电矢量E按照波晶片的e轴轴和和o o轴轴分解成Ee和Eo，其振幅Ae和A

22、o；并根据入射光的偏振态确定在波晶片输入面上o光对光对e光的相位差光的相位差2、在波晶片输出面出射的o o光光和和e e光光的振幅仍为A Ae e和A Ao o，但相差要附加上晶片所引起的EoEo对对EeEe的相位差的相位差 选择选择选择选择晶片的厚度，使晶片的厚度，使晶片的厚度，使晶片的厚度，使o o、e e光产生光程差：光产生光程差：光产生光程差：光产生光程差：2.2.2.2.四分之一波片四分之一波片四分之一波片四分之一波片 有效有效有效有效光程差或位相差：光程差或位相差：光程差或位相差：光程差或位相差：四分之一波片四分之一波片四分之一波片四分之一波片 号并不对应正、负晶体，号并不对应正、

23、负晶体，号并不对应正、负晶体，号并不对应正、负晶体，与晶体的正负性并没有必然的联系与晶体的正负性并没有必然的联系与晶体的正负性并没有必然的联系与晶体的正负性并没有必然的联系快快快快轴轴轴轴 慢慢慢慢轴轴轴轴:传传传传播播播播速速速速度度度度的的的的快慢快慢快慢快慢四分之一波片四分之一波片四分之一波片四分之一波片线偏振光线偏振光圆偏振光圆偏振光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光线偏振光线偏振光线偏

24、振光椭圆偏振光经椭圆偏振光经椭圆偏振光经椭圆偏振光经/4/4的变化的变化的变化的变化（代表光轴与长轴的夹角）代表光轴与长轴的夹角）代表光轴与长轴的夹角）代表光轴与长轴的夹角）椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光圆偏振光经圆偏振光经圆偏振光经圆偏振光经/4/4的变化的变化的变化的变化 任意任意任意任意圆偏振光圆偏振光圆偏振光圆偏振光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光椭圆与圆偏振光的检偏椭圆与圆偏振光的检偏椭圆与圆偏振光的检偏椭圆与圆偏振光的检偏?用用用用四分之一波片四分之一波片四分之一波片四分之一波片和和和和偏振片偏振片偏振片偏振片可区分出可区分出可区分

25、出可区分出自然光自然光自然光自然光和和和和圆偏振光，圆偏振光，圆偏振光，圆偏振光，或或或或部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光和和和和椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光。四四分分之之一一波波片片圆偏振光圆偏振光圆偏振光圆偏振光自然光自然光自然光自然光自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（转转动动）线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光 I I不变不变不变不变线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光I I变变变变,有消光有消光有消光有消光以入射光方向为轴以入射光方向为轴 四四分分之之一一波波片片椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光部

26、分偏振光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（转转动动）线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光I I变变变变,有消光有消光有消光有消光 部分部分部分部分偏振光偏振光偏振光偏振光 光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光I I变变变变,无消光无消光无消光无消光或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置(2)(2)(2)(2)二分之一波片二分之一波片二分之一波片二分之

27、一波片可使线偏振光振动面转过可使线偏振光振动面转过 2 2 角度角度(3)(3)(3)(3)全波片全波片全波片全波片三三三三.相位补偿器相位补偿器相位补偿器相位补偿器在振动方向互相垂直的两束光间在振动方向互相垂直的两束光间在振动方向互相垂直的两束光间在振动方向互相垂直的两束光间产生任意的相位差产生任意的相位差产生任意的相位差产生任意的相位差34作业：作业：5-13，5-15，5-16，5-17，5-18，5-19 3 3 偏振光的干涉偏振光的干涉一一一一.平行偏振光干涉装置平行偏振光干涉装置平行偏振光干涉装置平行偏振光干涉装置偏振方向偏振方向偏振方向偏振方向偏振片偏振片偏振片偏振片P P2 2

28、 单色单色单色单色平行光平行光平行光平行光偏振片偏振片偏振片偏振片P P1 1偏振方向偏振方向偏振方向偏振方向 d晶片晶片晶片晶片C C光轴方向光轴方向光轴方向光轴方向相干相干相干相干屏屏屏屏从从从从C C C C出射的出射的出射的出射的o o o o光、光、光、光、e e e e光通过光通过光通过光通过P P P P2 2 2 2后后后后才会产生才会产生才会产生才会产生干涉干涉干涉干涉从从从从C C C C出射的出射的出射的出射的o o o o光、光、光、光、e e e e光能否产生干涉光能否产生干涉光能否产生干涉光能否产生干涉?二二二二.平行偏振光干涉分析平行偏振光干涉分析平行偏振光干涉分

29、析平行偏振光干涉分析1.1.1.1.振幅大小关系振幅大小关系振幅大小关系振幅大小关系投影在投影在投影在投影在P P2 2 上：上：上：上：透过透过透过透过P P上：上：上：上：设从偏振片设从偏振片P P2 2出射两振动的位相差为出射两振动的位相差为则通过则通过P P2 2 后的光强为：后的光强为：2.2.2.2.相位关系相位关系相位关系相位关系书上只有两项与书上是等价的AoAo2P2P1CA1AeAe2 只取决于晶片带来的位相差只取决于晶片带来的位相差只取决于晶片带来的位相差只取决于晶片带来的位相差则通过则通过则通过则通过P P2 2 后的光强为：后的光强为：后的光强为：后的光强为：三三三三.

30、显色偏振显色偏振显色偏振显色偏振若若白光白光入射，且晶片入射，且晶片d d 均匀均匀，屏上，屏上由于某种颜色干涉相消，由于某种颜色干涉相消，而呈现它的而呈现它的互补色，互补色，这叫（显）这叫（显）色偏振。色偏振。红色红色红色红色（656.2nm656.2nm656.2nm656.2nm）相消相消相消相消青色青色青色青色（492.1nm492.1nm492.1nm492.1nm）蓝色蓝色蓝色蓝色（485.4nm485.4nm485.4nm485.4nm）相消相消相消相消黄色黄色黄色黄色（585.3 nm585.3 nm585.3 nm585.3 nm）若若若若d d d d不不不不均均均均匀匀匀

31、匀，白白白白光光光光入入入入射射射射则则则则屏屏屏屏上上上上出出出出现现现现彩彩彩彩色图案色图案色图案色图案硫代硫酸钠晶片硫代硫酸钠晶片硫代硫酸钠晶片硫代硫酸钠晶片的显色偏振图片的显色偏振图片的显色偏振图片的显色偏振图片42石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）若若若若单色光单色光单色光单色光入射，且入射，且入射，且入射，且d d d d不均匀，则屏上为等厚条纹不均匀，则屏上为等厚条纹不均匀，则屏上为等厚条纹不均匀，则屏上为等厚条纹43由于由于由于由于在在白白光光的的照照射射下下，对对同同一一晶晶板板，在

32、在正正交交系系统统中中出出现现的的颜颜色色与与平行平行系统中出现的颜色互补系统中出现的颜色互补透明胶带薄膜的偏光干涉图样透明胶带薄膜的偏光干涉图样(a)暗场暗场(a)亮场亮场塑料板的偏光干涉图样塑料板的偏光干涉图样(a)暗场暗场(a)亮场亮场44利利用用偏偏振振光光干干涉涉看看到到的的结结冰冰过过程程显显显显色色色色偏偏偏偏振振振振是是是是检检检检验验验验材材材材料料料料有有有有无无无无双双双双折折折折射射射射效效效效应应应应的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏方方方方法法法法，用用用用显显显显微微微微镜镜镜镜观观观观察察察察各各各各种种种种材材材材料料料料在在在在白白白白光光光光下下下下的的的的显显显显

33、色色色色偏偏偏偏振振振振，可可可可以以以以分分分分析析析析物物物物质质质质内部的某些结构内部的某些结构内部的某些结构内部的某些结构 偏光显微术偏光显微术偏光显微术偏光显微术45利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程46利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程47利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程48利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程49利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程50利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程51作业：作业：5-20，5-224.4.人工双折射人工双折射一一一

34、一.光弹效应光弹效应光弹效应光弹效应(应力双折射效应应力双折射效应应力双折射效应应力双折射效应)应力应力应力应力各向异性各向异性各向异性各向异性 n n n n各向不同各向不同各向不同各向不同在一定应力范围内：在一定应力范围内：在一定应力范围内：在一定应力范围内：P1P2 dF F F FSF F干涉干涉干涉干涉有机玻璃有机玻璃有机玻璃有机玻璃C各处各处各处各处F/SF/SF/SF/S不同不同不同不同各处各处各处各处 不同不同不同不同出现干涉条纹出现干涉条纹出现干涉条纹出现干涉条纹模模型型的的光光弹弹图图象象钓钓钩钩的的光光弹弹图图象象光测弹性光测弹性光测弹性光测弹性二二二二.电光效应电光效应

35、电光效应电光效应(电致双折射效应电致双折射效应电致双折射效应电致双折射效应)1.1.1.1.克尔效应克尔效应克尔效应克尔效应45 P2盒内充某种液体，如硝基苯（盒内充某种液体，如硝基苯（C6H5NO2）l+-克尔盒克尔盒克尔盒克尔盒dP145 不加电场不加电场不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性液体各向同性液体各向同性P P P P2 2 2 2不透光不透光不透光不透光 加电场加电场加电场加电场各向异性分子取向有序各向异性分子取向有序各向异性分子取向有序各向异性分子取向有序,液体呈单轴晶体性质，液体呈单轴晶体性质，液体呈单轴晶体性质，液体呈单轴晶体性质，光轴平行电场强度光轴平行电场强度光轴

36、平行电场强度光轴平行电场强度 P P P P2 2 2 2透光透光透光透光 二次电光效应二次电光效应二次电光效应二次电光效应 克尔常数，克尔常数，克尔常数，克尔常数，U U U U 电压电压电压电压克尔效应引起的相位差为：克尔效应引起的相位差为：克尔效应引起的相位差为：克尔效应引起的相位差为：克尔盒相当于半波片，克尔盒相当于半波片，克尔盒相当于半波片，克尔盒相当于半波片，P P P P2 2 2 2透光最强透光最强透光最强透光最强？硝基苯硝基苯:高速电光开光高速电光开光高速电光开光高速电光开光 1ns1ns1ns1ns2.2.泡克尔斯效应泡克尔斯效应泡克尔斯效应泡克尔斯效应。电光晶体电光晶体电

37、光晶体电光晶体+。-P1P2KK KDPKDP光光光光传传传传播播播播方方方方向向向向与与与与电电电电场场场场平平平平行行行行，电电电电极极极极K K和和和和K K 透透透透明明明明，晶晶晶晶体体体体是是是是单单单单轴轴轴轴晶晶晶晶体，体，体，体，光沿光轴传播方向光沿光轴传播方向光沿光轴传播方向光沿光轴传播方向。不加电场不加电场不加电场不加电场 P P P P2 2 2 2不透光。不透光。不透光。不透光。线性电光效应线性电光效应线性电光效应线性电光效应 外加电场（沿光轴）外加电场（沿光轴）外加电场（沿光轴）外加电场（沿光轴）晶体变双轴晶体晶体变双轴晶体晶体变双轴晶体晶体变双轴晶体绕原光轴方绕原

38、光轴方绕原光轴方绕原光轴方向转动向转动向转动向转动45454545度度度度 附加双折射效应附加双折射效应附加双折射效应附加双折射效应 P P P P2 2 2 2透光透光透光透光(KDP晶体晶体)光强度调制器的光路光强度调制器的光路电致双折射主轴与原主轴的关系电致双折射主轴与原主轴的关系n no o-o o光在晶体中的折射率；光在晶体中的折射率；光在晶体中的折射率；光在晶体中的折射率；电光常数电光常数电光常数电光常数;U U电压。电压。电压。电压。泡克尔斯效应引起的相位差：泡克尔斯效应引起的相位差：泡克尔斯效应引起的相位差：泡克尔斯效应引起的相位差：KH2PO4（KDP）3.3.3.3.磁致双

39、折射磁致双折射磁致双折射磁致双折射(科顿科顿穆顿效应穆顿效应)某某些些透透明明液液体体在在磁磁场场H H作作用用下下变变为为各各向向异异性性，性性质质类似于单轴晶体，类似于单轴晶体，光轴平行磁场光轴平行磁场。HC二次效应二次效应二次效应二次效应需要很强的磁场才能观察到需要很强的磁场才能观察到需要很强的磁场才能观察到需要很强的磁场才能观察到5.5.旋光现象旋光现象一一一一.物质的旋光性物质的旋光性物质的旋光性物质的旋光性 除石英，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水溶液等也具有除石英，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水溶液等也具有 旋光性旋光性 旋光物质旋光物质旋光率旋光率旋转的角度：旋转的角度：l旋旋旋旋光

40、光光光现现现现象象象象:18111811年年年年，法法法法国国国国物物物物理理理理学学学学家家家家阿阿阿阿喇喇喇喇果果果果（AragoArago）发发发发现现现现，线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光沿光轴沿光轴沿光轴沿光轴方向方向方向方向通过通过通过通过石英石英石英石英晶体时，其晶体时，其晶体时，其晶体时，其振动面发生旋转振动面发生旋转振动面发生旋转振动面发生旋转光轴光轴光轴光轴左旋物质左旋物质 右旋物质右旋物质旋光异构体旋光异构体二二二二.菲涅耳对旋光性的解释菲涅耳对旋光性的解释菲涅耳对旋光性的解释菲涅耳对旋光性的解释线线线线偏偏偏偏振振振振光光光光(E,(E,(E,(E,)可可可可看看看看作

41、作作作是是是是同同同同频频频频率率率率()、等等等等振振振振幅幅幅幅(E/2(E/2(E/2(E/2)、有有有有确定相位差的左确定相位差的左确定相位差的左确定相位差的左(L L L L)、右右右右(R R R R)旋圆偏振光旋圆偏振光旋圆偏振光旋圆偏振光的合成的合成的合成的合成。EELERO 石英石英石英石英对对对对 =589nm=589nm的黄光，的黄光，的黄光，的黄光，a a=21.75=21.75 /mm/mm；对对对对 =408nm=408nm的的的的紫光，紫光，紫光，紫光，a a=48.9=48.9 /mm/mm 实实验验表表明明，旋旋光光率率 与与旋旋旋旋光光光光物物物物质质质质和

42、和入入入入射射射射波波波波长长长长有有关关，对对于于溶溶液液，还和旋光物质的浓度有关还和旋光物质的浓度有关设入射时设入射时L、R初相为初相为0，ELERE入射面入射面入射面入射面(a)(a)(a)(a)出射面出射面出射面出射面(b)(b)(b)(b)ELERE R L 光光通通过过长长为为L L旋旋光光物物质质后后，相相位位要要滞滞滞滞后后后后(相相位位落落后后转转角角倒倒退退)。在出射面上在出射面上：此物质为左旋体此物质为左旋体此物质为左旋体此物质为左旋体右旋圆右旋圆偏振光偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E随随z的变化的变化E 0随随时间时间左

43、左（右右）旋的圆偏光在）旋的圆偏光在空间空间上呈现上呈现右右（左左）旋螺线。）旋螺线。令令 旋光率旋光率旋光率旋光率(a)(b)d 出射面出射面出射面出射面(b)(b)(b)(b)ELERE R L ELERE 入射面入射面入射面入射面(a)(a)(a)(a)这这这这既既既既解解解解释释释释了了了了旋旋旋旋光光光光现现现现象象象象，又又又又说说说说明明明明了了了了旋旋旋旋光光光光率率率率a a a a 与与与与物物物物质质质质（由由由由n n n nR R R R和和和和n n n nL L L L反映）反映）反映）反映）和入射波长有关。和入射波长有关。和入射波长有关。和入射波长有关。RRRL

44、L菲菲涅涅耳耳进进行行了了如如下下实实验验，证证实实了了自自己己的的解解释释。用用左左旋旋型型（L）和和右旋型（右旋型（R）的的石英石英棱镜交替胶合成多级组合棱镜棱镜交替胶合成多级组合棱镜光光从从 R 进进入入 L 时时，左左左左旋旋旋旋光光光光速速度度由由小小变变大大，光光密密媒媒质质光光疏疏媒媒质质，光光将将远远离离界界面面法法线线折折射射。右右右右旋旋旋旋光光光光速速度度由由大大变变小小，将将靠靠靠靠近近近近界界界界面面面面法法法法线线线线折折折折射射射射。各各界界面面继继续续使使左左右右旋旋圆圆偏偏振振光光分分开开的的角角度度放放大，射出棱镜时就成了两束分开的圆偏振光大，射出棱镜时就成

45、了两束分开的圆偏振光。RL石英晶体性质：石英晶体性质：沿光轴方向沿光轴方向沿光轴方向沿光轴方向只表现旋光性而无双折射性垂直光轴方向垂直光轴方向垂直光轴方向垂直光轴方向只表现双折射性而无旋光性旋光晶片与半波片的区别：旋光晶片与半波片的区别：晶片的取向：晶片的取向：旋光晶片旋光晶片旋光晶片旋光晶片半波片半波片半波片半波片光轴平行平行平行平行于晶面光轴垂直垂直垂直垂直于晶面对应波长：对应波长：对任何波长任何波长任何波长任何波长出射光为线偏振光，只是转角不同只对特定波长特定波长特定波长特定波长出射光为线偏振光对于确定旋向的晶片，光的振动面只向一个方向转动一定的角度振动方向：振动方向：旋转角度与光的振动

46、面和波片晶轴的夹角有关，可左转也可右转量糖术量糖术量糖术量糖术对旋光溶液有对旋光溶液有“量量糖糖计计”可可分分析析旋旋光光（同同分分）异异构构体体的的成成分分，广泛用在化学和制药等工业中。广泛用在化学和制药等工业中。溶液的旋光率;C 溶液的浓度;溶液的比旋光率比旋光率氯氯霉霉素素天天然然品品为为左左旋旋，合合成成品品为为左左右右旋旋各各半半，称称合合霉霉素素，其中只左旋有疗效（左霉素），疗效同天然品。其中只左旋有疗效（左霉素），疗效同天然品。四四四四.磁致旋光（法拉第效应）磁致旋光（法拉第效应）磁致旋光（法拉第效应）磁致旋光（法拉第效应）l磁致旋光物质磁致旋光物质B V 韦尔代常数韦尔代常数水

47、、二硫化碳、水、二硫化碳、食盐、乙醇等食盐、乙醇等反射镜反射镜入射光入射光 左旋左旋左旋左旋反射镜反射镜反射光反射光 左旋左旋左旋左旋自然旋光物质自然旋光物质自然旋光物质自然旋光物质对对对对自然旋光自然旋光自然旋光自然旋光物质，振动面的左旋或右旋物质，振动面的左旋或右旋物质，振动面的左旋或右旋物质，振动面的左旋或右旋（迎着迎着迎着迎着光看）光看）光看）光看）是由是由是由是由旋光旋光旋光旋光物质物质物质物质本身决定的，与本身决定的，与本身决定的，与本身决定的，与光的传播方向无关光的传播方向无关光的传播方向无关光的传播方向无关反射镜反射镜反射光反射光 右旋右旋右旋右旋 B反射镜反射镜入射光入射光

48、左旋左旋左旋左旋B对对对对磁致旋光物质磁致旋光物质磁致旋光物质磁致旋光物质，光，光，光，光沿沿沿沿B B B B与与与与逆逆逆逆B B B B方向传播，振动面旋向方向传播，振动面旋向方向传播，振动面旋向方向传播，振动面旋向相反相反相反相反。磁性旋光物质磁性旋光物质磁性旋光物质磁性旋光物质正旋体：顺着磁场方向看，顺时针转动正旋体：顺着磁场方向看，顺时针转动 负旋体负旋体 磁光隔离器：磁光隔离器：磁光隔离器：磁光隔离器：BPM 磁致旋光物质磁致旋光物质磁致旋光物质磁致旋光物质令令令令 =4545，则则则则 2 2 =9090 ，反反反反射射射射光光光光通通通通不不不不过过过过P P，这这这这样样样样可以消除反射光的干扰。可以消除反射光的干扰。可以消除反射光的干扰。可以消除反射光的干扰。半波损失半波损失半波损失半波损失72作业：作业：5-23,5-24,5-26,5-28,5-295-23,5-24,5-26,5-28,5-29