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1、第二节 晶体的双折射,有些透明媒质，如玻璃、水、肥皂液等，不论光沿哪个方向，传播速度都是相同的，媒质只有一个折射率，这样的媒质称为光学各向同性媒质。,同时还存在另一类媒质，主要是透明晶体物质，如方解石(化学成分是CaCO3)、石英、云母、硫磺等，光在其中传播时，沿着不同方向有不同的传播速率，这样的媒质称为光学各向异性媒质。,光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现。,一.双折射现象 光线进入光学各向异性媒质(如方解石)后产生两条折射光线的现象，称为双折射现象。,以入射线为轴转方解石，光点o不动，e 绕o转，用偏振片检验，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。所以，利用双折射现象也可以获得线偏
2、振光。,一条遵守通常的折射定律(n1sini=n2sinr)，折射光线在入射面内，这条光线称为寻常光线(ordinary rays)，简称o光。,二、o光和e光,另一条光线不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面内，这条光线称为非常光线(extraordinary rays)，简称e光。,产生双折射的原因:o光和e光的传播速度不同。o光在晶体中各个方向的传播速度相同，因而折射率no=c/o=恒量。e光在晶体中的传播速度e随方向变化，因而折射率ne=c/e是变量，随方向变化。由于o光和e光的折射率不同，故产生双折射。,三、光轴 主截面 主平面,（1）光轴实验发现，在晶体内部存在着某些特殊的方向，光
3、沿着这些特殊方向传播时，不发生双折射现象，这个特殊方向称为光轴。应该注意，光轴仅标志一定的方向，并不限于某一特殊的直线。,只有一个光轴的晶体，称为单轴晶体，如方解石、石英、红宝石等。有两个光轴的晶体称为双轴晶体，如云母、硫磺、蓝宝石等。,氯化钠属于立方晶系的晶体，各向同性，不产生折射。,在光轴方向上，o光和e光的传播速度相同。沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光，仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。,例、方解石晶体是由平行六面体构成的。六面体每个面都是钝角1020和锐角780的平行四边形，A点和B点是三个钝角的会合点，A、B顶点称为钝隅。AB线与三条棱边的夹角相等。,方解石晶体的光轴方向
4、就是从它的一个钝隅所作的等分角线方向，即与钝隅的三条棱成相等角度的那个方向。,若沿光轴方向入射，o光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而无双折射现象。,o光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。,若光轴在入射面内，实验发现：o光、e光均在入射面内传播，且振动方向相互垂直。,某光线的传播方向和光轴方向所组成的平面叫做该光线的主平面。,o光和e光都是线偏振光，o光的振动方向垂直于自己的主平面，e光的振动方向平行于自己的主平面,o光有o光的主平面，e光有e光的主平面o光、e光的主平面可能重合，也可能不重合,（2）主平面,（3）主
5、截面,由光轴和晶体表面的法线所组成的平面，称为晶体主截面。例如，方解石的主截面是一平行四边形。,当光线在晶体的主截面内入射时,主截面、o光和e光的主平面均重合。,四、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。,惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的晶体中，子波源会同时发出o光、e光两种子波。,o光的子波，各方向传播的速度相同为v0，点波源波面为球面,振动方向始终垂直其主平面。(如图),o光只有一个光速vo 一个折射率no,e光的子波,各方向传播的速度不同。,e光在平行光轴方向上的速度与o光的速度相同为v0,点波源波面为旋转椭球面,振动方向始终在其主
6、平面内.（如图）,e光在垂直光轴方向上的速度与o光的速度相差最大，记为ve，其相应的折射率为ne.,n0，ne称为晶体的主折射率,正晶体:ne no(e o),负晶体:neo),如石英、冰等。,如方解石、红宝石等。,在晶体中o光和e光以不同的速率传播。o光的速率在各个方向上是相同的，所以在晶体中任意一点所引起的子波波面是一球面。e光的速率在各个方向上是不同的，在晶体中任一点所引起的子波波面可以证明是旋转椭球面。,两束光只有在沿光轴方向上传播时，它们的速率才是相等的，其子波波面在光轴上相切；在垂直于光轴方向上两束光的速率相差最大。,o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为球面。e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面为旋转椭球面。,小结,o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波面在光轴方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方向上速度相差最大。,对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上,one,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光的子波面(球面)。,
