《晶体中的光路》PPT课件.ppt

3 晶体中的光路,3.1 双折射,当光照射到各向异性晶体时，发生两个不同方向的折射；其中一个遵守折射定律的称为o光，另一束不遵从折射定律的称为e光，这两束光都是偏振光。光线从一个特殊的角度射入晶体是不会发生双折射现象，这一角度称为晶体的光轴。,图3-1 双折射示意图,图3-2 置放在方格纸上的方解石显示出双折射现象,主平面：包含光轴和光线本身的平面，称为该光线的主平面。 寻常光（o 光）： 是振动面垂直与自己的主平面的线偏振光； 符合折射定律和反射定律； 沿各个方向折射率相同，传播速度相同。 非常光（e 光）： 是振动面平行于自己的主平面的线偏振光； 一般不符合折射定律，只有在垂直于光轴的方向传播时才符合折射定律。 沿不同方向传播时 其折射率各不相同，传播速度也不同。但沿光轴的方向传播时其折射率和速度与o光相同。,双折射现象产生的原因：不同的方向极化大小不一样,折射率椭球是晶体光学几何表示法中最常采用的三维曲面，也叫做波法线椭球或光率体，椭球的三个半轴长度nx ny nz称为晶体的三个主折射率。 折射率椭球方程：,3.2 折射率椭球,图3-3 折射率椭球,折射率椭球性质： 过椭球中心的任一矢径r=nd，r的方向表示矢量D的一个方向（d为D的单位矢量），r的长度等于n，表示矢量D在该方向的光波折射率； 作垂直于给定波法线方向k0的平面，截椭球得椭圆截面（如图），椭圆的长短轴方向就是k0相应的两个允许的光波的方向D、D，其长度即这两个光波的折射率n,n，且DD。 利用折射率椭球，由D的方向，求取E,S的方向（如图），即：已知方向k0，与其垂直方向即D的方向，相应的E的方向即切点B处切平面的法线方向，且S0E。,图3-4 折射率椭球性质,均质体的折射率椭球 高级晶系（立方晶系）晶体和非晶质体物质都是各向同性的光性均质体。光波在均质体中传播时向任何方向振动，其传播速度不变，折射率都相等。 折射率椭球方程： 单轴晶体的折射率椭球 中级晶族三、六方晶系和四方晶系晶体的水平结晶轴a、b相等，因此其水平方向上的光学性质相同。,3.3 各类晶体的折射率椭球,图3-5 立方晶系的折射率椭球,单轴晶体中， ， 折射率椭球方程为： 分类： 负单轴晶体：光波平行光轴振动时的折射率总是比垂直光轴振动时的折射率小，即neno。,图3-6 石英晶体及其折射率椭球,图3-7 (a)正单轴折射率椭球 (b)负单轴折射率椭球,双轴晶体 低级晶族的正交、单斜和三斜晶系晶体都属于双轴晶体。这类晶体的三个结晶轴单位互不相等，即 ，表示晶体在三度空间上具有各向异性。 三轴椭球体中三个互相垂直的轴代表二轴晶光性体的三个主要光学方向，称光学主轴或称主轴，即ng()，nm()，np()。 折射率椭球方程：,图3-8 双轴晶体折射率椭球,两个光轴之间所夹的锐角为光轴角又称2V角。当ng-nm nm-np时，称为二轴晶正光性；当ng-nmnm-np时，称为二轴晶负光性。,i0,3.4 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法,1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射（垂直光轴）,2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面，自然光斜入射,i,ie,vot,vet,e,ct,以负晶体（ve vo）为例：（速度面,次波面,能量面）,e光的次波面对应的波阵面(等相面)与其波射线垂直,3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射,此时e光的次波面对应的等相面(波阵面)不再与其波射线垂直了，不满足折射定律,次波面的公切面即为其波阵面(等相面),对应相速度,光在双轴晶体中传播情况比较复杂，因为 1）双折射后的两束偏光都是非常光，即它们的折射率都随入射光方向的改变而改变； 2）由于双轴晶体中有两个光轴，故对于一个确定方向的入射光而言，就会产生两个入射面。根据菲涅尔定律，两束偏光的振动方向分别平行于两个相交入射面的两个分角面，如图。,3.4 双轴晶体中光的传播,图3-9 在非均质体中双折射的两束偏光的振动方向与入射面(浅阴影面)的关系 (a)在单轴晶体中； (b)在双轴晶体中。,一束很窄的非偏振平行光垂直入射到晶体片上，且与双轴晶体中一个光轴重合，这时，在晶体中传播的波矢方向沿着光轴方向与电位移矢量的偏振方向无关，但是光线的传播方向与电矢量的偏振方向有关。,3.4 双轴晶体中光的传播,图3-10 双轴晶体内锥形折射示意图,由于入射光波由许