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1、第九章 晶体的自然双折射,光在晶体中的传播 双折射,9.2 光在晶体中的传播,双折射,一、双折射的概念,1.双折射现象,n1,n2,i,ro,re,(各向异性媒质),自然光,o光,e光,o光和e光在晶体中具有不同的传播速度。,o光在晶体中各方向的传播速度都相同；e光在晶体中的传播速度随方向而改变。,Polarized light produced by double refraction：,双折射(double refraction)：,一束入射光经各向异性介质，常有 分解为两束折射光的现象，称双折射。,2.寻常光（o光)和非寻常光（e光）（都是线偏振光）,o光:遵从折射定律,e光:一般不遵从
2、折射定律,e光折射线也不一定在入射面内。,（ordinary ray）,(extraordinary ray）,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面
3、,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,3.晶体的光轴(optical axis)：,当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。,例如，方解石晶体,光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,双轴晶体：有两个光轴的晶体,方解石,方解石的光轴,续上,4.主平面和主截面,主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构
4、成的平面。,o光的振动方向垂直于o光的主平面；e光的振动方向平行于e光的主平面。,主平面：包含晶体光轴和光线的平面。,主截面：晶体表面的法线与晶体光 轴构成的平面。,二.晶体的主折射率，正晶体、负晶体,光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同，沿晶体光轴方向o光和e光的传播速度相同。,o光:,e光:,n0，ne称为晶体的主折射率,正晶体:ne no,负晶体:ne no,(e o),(eo),三.平面波在单轴晶体内的传播：,惠更斯原理：媒质中波动到达的各个点都可以看作是新的波源，向各个方向发出子波。在任一时刻这些子波的包迹就是新的波阵面。,单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(eo),1
5、.光轴平行晶体表面，自然光垂直入射,o光和e光在方向上虽没分开，但速度上是分开的。产生双折射现象。,2.光轴平行晶体表面，且垂直入射面，自然光斜入射,在此特殊情况下，o光、e光均满足折射定律。,3.光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射,此时e光的波面不再与其波射线垂直了,9.3 圆和椭圆偏振光,一、晶(波)片相位延迟片,晶片是光轴平行表面的晶体薄片。,通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：,振幅关系,从晶片出射的是两束传播方向相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。,时为圆偏振光,二、波（晶）片分类,1.四分之一波片,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）,
6、2.二分之一波片,使线偏振光振动面转过2 角度,三、椭圆与圆偏振光的检偏,用四分之一波片和偏振片P 可区分出自然光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光。,自然光在晶体（波片）内产生的o光和e光虽然同频率且振动方向相互垂直，但它们之间无固定的位相差，这样的光不能合成椭圆偏振光。,四分之一波片,偏振片（转动）,以入射光方向为轴,四分之一波片,偏振片（转动）,光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置,1)各种光通过检偏器后强度的变化：,透光轴与椭圆长轴平行：,透光轴与椭圆短轴平行：,透光轴与椭圆主轴处于任意倾斜位置：,检验偏振光,自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光、椭
7、圆偏振光。,A)椭圆偏振光通过检偏器后强度的变化,部分偏振光亦如此。,2）各种偏振光经过 1/4 波片后的偏振状态,B)若入射光是圆偏振光，转动检偏器的透光方向时，透射光的强度不变。,自然光亦如此。,入射线偏振光分解为：,e 轴或 o 轴与偏振方向成 45o 角时，透射光为圆偏振光；,e 轴或 o 轴与偏振方向一致时，透射光为线偏振光；,e 轴或 o 轴与偏振方向其他位置时，透射光为椭圆偏振光。,A)线偏振光通过 1/4 波片：,B)椭圆偏振光通过 1/4 波片：,e,o,e轴或o轴与椭圆主轴方向一致，经1/4波片后，出射光为线偏振光；,e轴或o轴与椭圆主轴方向不一致，经1/4 波片后，出射光
8、则仍为椭圆偏振光；,C)圆偏振光通过 1/4 波片是线偏振光。,D)自然光，部分偏振光经过1/4 波片后 仍是自然光和部分偏振光。,四、偏振棱镜,偏光镜:格兰汤姆森棱镜,偏光分束镜:渥拉斯顿棱镜,光轴的取向使o光、e光对应的恰是no、ne。,no(1.6584)n(1.55)ne(1.4864),方解石 n0ne,2渥拉斯顿棱镜,两块直角方解石光轴相互垂直，如图：,光从光密到光疏折射光要偏离法线,A,B,D,光从光疏到光密折射光要靠近法线,Problem:在DCB中e 光是否满足折射定律？,3.格兰偏光棱镜,方解石,临界角：,特点：调整光路方便,二、晶体二向色性产生线偏振光的元件,某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这叫晶体的二向色性（电气石）,电气石,可产生线偏振光,晶体的二向色性,1.二向色性晶体,二、人造偏振片 聚乙烯醇薄膜 在高温下拉伸，在碘溶液中浸泡后，具有二向色性。然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。机理：碘附着在直线形长链聚合分子上，形成一条碘链，碘中所含的传导电子可以沿着链运动。当自然光射入后，光矢量平行于链的分量对电子作功而被强烈吸收。只有光矢量垂直于链的分量可以通过。透振方向垂直于膜的拉伸方向。,再 见,
