南京大学光学chapt5-3.ppt

1,当光入射到各向同性介质 （如水、玻璃等）的分界 面上时遵从折射定律；,5-7 双折射（Double refraction）,实验表明，两束双折射光分别是线偏振光,5-7-1 晶体中的双折射现象,当光入射到各向异性介质（如冰、 方解石、石英等 晶体）的分界面上时，除了正常的折射光束，还有 一束折射光束不遵从折射定律;,2,寻常光(ordinary light，o光) - 遵从折射定律的光束； 非常光(extraordinary light，e光) - 不遵从折射定律的光束,正入射时,3,晶体的光轴 - 晶体中的一个方向，沿该方向传播时，o光和e光不分开，传播速度相等。,光轴不是晶体中的一条直线，而是一个方向， 因此在晶体中任何一点都可以找到一个光轴,晶体只有单轴(uniaxial) 或 双轴(biaxial)晶体,常见的天然单轴晶体有冰、方解石(calcite) 和石英 (quartz)等, 双轴晶体有云母(mica)、蓝宝石(sapphire)、黄玉(topaz)等,4,天然方解石的六面体形状及光轴:,光轴,光轴平行于钝角的角平分线的方向,5,主截面(Principal section)和主平面(Principal plane):,主截面-晶体分界面的法线和光轴构成的平面；,AEHD面,CDHG面,主平面-晶体里的折射光线和光轴构成的平面。,6,实验发现： o光的振动方向 o光的主平面 e光的振动方向 e光的主平面,入射面和主截面重合时，o光主平面和e光主平面重合，因此 o 光的振动方向垂直于 e 光的振动方向.,7,5-7-2 单轴晶体中的双折射,基于Huygens子波原理解释单轴晶体的双折射,各向异性介质中的子波波面有球面和非球面之分,8,实验发现：,（1）o光和e光的子波面,- 正轴晶体(positive crystal)，如石英； - 负轴晶体(negative crystal)，如方解石；,光速与振动方向有关,光的振动方向 光轴时，传播速度为 v；,光的振动方向 光轴时，传播速度为 v；,振动为其它取向时，传播速度 v 介于 v和 v之间,9,定义两个本征折射率：,反映双折射的大小程度,石英：,冰：,方解石：,10,图示： o光和e光的子波面。（O.A-光轴）,e光子波面：旋转椭球,o光子波面：球面,此情形下，主平面即为屏幕所在平面,11,图示：正轴晶体和负轴晶体中o光和e光的子波面,正轴晶体,负轴晶体,12,o光折射率：,e光折射率：,o光和e光的折射率与传播方向的关系,负轴晶体的子波面,负轴晶体的折射率,13,图示：双折射晶体中o光和e光的子波面,14,（2）o光和e光的传播-Huygens子波作图法,在负轴晶体主截面内斜入射时：,从B到D所需时间：,A点球面（ o光子波面）的半径=,A点椭球面(e光子波面） 的长轴半径 =,Co和Ce分别为两种子波与包络面的切点,15,o光,e光,晶体,（2）o光和e光的传播-Huygens子波作图法,在负轴晶体主截面内斜入射时：,16,（2）o光和e光的传播-Huygens子波作图法,在负轴晶体主截面内斜入射时：,从B到D所需时间：,A点球面（ o光子波面）的半径=,A点椭球面(e光子波面） 的长轴半径 =,A,D,17,图示：在负轴晶体主截面内正入射的作图法,显然，正入射时，e光偏离原方向，不满足折射定律。,18,正入射时，光轴在几个特殊方向上时的双折射：,光轴垂直于表面,19,光轴平行于表面（并且在屏幕面上）,20,光轴平行于表面（并且垂直于屏幕面）,光轴,21,正入射，光轴在几个特殊方向上时的双折射：,22,（3）o光和e光的相对光强,入射线在主截面内时，o光和e光的振动方向相互垂直（o光和e光的主平面共