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1、光在晶体中的传播,1663年，丹麦人 哥本哈根大学数学教授 E.Bartholinus 在冰岛发现了一种天然宝石：冰洲石 也叫方解石,方解石晶体 CaCO3,方解石晶体 CaCO3,方解石晶体 CaCO3,方解石晶体 CaCO3,方解石晶体 CaCO3,双折射现象,字透过方解石晶体成双像,光,光,当方解石晶体旋转时,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光
2、,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解
3、石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,返回,结束,当方解石晶体旋转时,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,返回,结束,一个像不动,(ordinary 寻常满足折射定律),另一个像围绕其旋转,(extraordinary 非寻常 偏离折射定律),一束自然光入射到方解石晶体中一般将分成两束光,方解石晶体的光轴,通过AB 的直线方向，就是方解石晶体的 光轴方向,光轴不是哪一条直线，而是指明了一个方向！,光轴方向：晶体中沿该方向传播的光无双折射现象,o光和e光都是线偏振光，其光振
4、动方向与晶体结构和光入射条件有关。为方便表征，定义两种平面：,o光和e光的振动方向,对于某一晶面，主截面是一系列互相平行的平面，它们既包含光轴方向，又与该晶面正交（含该晶面的法线方向）,一般情况下这两个主平面不严格重合,o、e光的振动方向,光线在晶体主截面内入射,方解石晶体主截面,o光和e光的传播速度与折射率,假设方解石内有一单色点光源 S,光在晶体中传播的规律：,1、晶体的双折射现象,当一束自然光入射到一些晶体上时，折射光分为两束传播方向不同且相互垂直偏振的线偏振光的现象。,O光 满足折射定律,e光 一般不满足折射定律,2、o光e光都是线偏振光，且偏振方向互相垂直。,所以，利用双折射现象也可
5、以获得线偏振光。,（光线在晶体主截面内入射）,3、晶体的光轴,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。,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。,*光轴是一个特殊的方向凡平行于此方向的直线均为光轴。,*只有一个光轴的晶体称单轴晶体（如方解石、石英、冰等）,*有两个光轴的晶体称双轴晶体（如云毋、硫磺、蓝宝石等）,3、主平面,晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面,称为该光线的主平面。（o光和e光的主平面可能重合，也可能不重合。）,O 光振动垂直其主平面 e 光振动在其主平面内。（记）,4、主截面 晶体表面的法线与晶体光轴构
6、成的平面。,5、晶体的主折射率,o光沿各方向传播的速度相同为 vo（o 光只有一种光速vo一种折射率no 点波源发出的波面为球面,振动方向始终垂直其主平面）,e光沿各方向传播的速度(折射率)不同。(e 光在平行于光轴方向上的速度与o光的速度相同为vo;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，定义其相应的折射率为 ne;e光点波源发出的波面为椭球面,振动方向始终在其主平面内),no，ne称为晶体的主折射率。,正晶体（如石英、冰等）,负晶体（如方解石、红 宝石等）,(vo ve),6、晶体的类型,neno(vo ve),neno,晶体双折射现象的典型应用,一.偏振器件 用于产生或检验线偏振光的光学元件,偏振棱镜原理图,偏振棱镜实物图,晶体双折射现象的典型应用,二.波片(位相延迟片)用于改变光波偏振状态的光学元件,波片原理图,晶体双折射现象的典型应用,波片实物图,以上我们看到的是晶体双折射现象 的规律,隐藏在现象背后的物理 根源 是什么？,经典电磁理论：,光是通过激化晶体中的电子而传播的，电子受外电场影响而辐射次级电磁波，这些次级电磁波合成折射波。折射波的传播速度取决于外电场频率与电子在该方向上的本征频率之差。在各向同性介质中：,如果电子处在不对称（各向异性）的内场中，其本征频率因方向而异，亦即折射波的传播速度因方向而异。,谢 谢！,
