光通过双折射晶体PPT课件.ppt

1 光通过双折射晶体 2 双折射 一束入射光线进入晶体后 有两束折射光 一双折射的寻常光和非寻常光 寻常光线O光 折射率为恒量 非常光线e光 折射率随光的传播方向不同而不同 3 方解石晶体 光轴光沿A B的连线方向传播时 不发生双折射现象 这个方向叫做双折射晶体的光轴 4 主截面当光在一晶体表面入射时 此表面的法线与光轴所构成的平面 当入射面是主截面时 O光的振动垂直主截面 光的振动平行于主截面 实验证明 O光和光均为偏振光 5 寻常光线在晶体中各方向的传播速度相同 常量 常量 6 非常光线在晶体中各方向的传播速度不同 e光在垂直于光轴方向的折射率为主折射率 7 1 双折射现象 光束在某些晶体中传播时 由于晶体对两个相互垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射光 这种现象称为双折射 DoubleRefraction 一 晶体 Crystal 的双折射现象 4 3平面光波在晶体界面的反射和折射 8 9 2 寻常光 Ordinarylight o光 和非寻常光 Extraordinarylight e光 两束折射光中 有一束光遵守折射定律 称为寻常光 o光 另外一束一般不遵守折射定律 称为非寻常光 e光 折射定律有两个含义 A 折射角的关系 B 入射光线和折射光线与法线同在一个平面 说明 1 o光和e光与晶体密不可分2 折射定律的含义 10 二 晶体特性 方解石晶体结构 Calcite CaCO3 光轴 11 1 光轴 Opticalaxis 在双折射晶体中存在一个特殊的方向 当光束在这个方向传播时不发生双折射 此方向称为晶体的光轴 在光轴方向上 o光和e光都遵守折射定律 而且 no ne 12 2 主平面 Principalplane 和主截面 Principalsection 主平面 光线和光轴所组成的平面 o光主平面 o光和晶体光轴组成的面为o主平面 e光主平面 e光和晶体光轴组成的面为e主平面 主截面 Principalsection 光轴和晶体表面法线 Normalline 组成 光线在一般情况下入射晶体 o光和e光是不同面的 当入射光线在主截面内时 两面重合 13 当入射光在主截面内时 o光e光主平面均为主截面 表面法线n 若方解石晶体各棱等长 14 1 o光和e光都是线偏振光 o光与e光的偏振态 2 o光振动方向与o光主平面垂直 因而总与光轴垂直 3 e光振动方向在e光主平面内 因而与光轴的夹角随传播方向而改变 4 当光线在主截面入射时 主平面与主截面重合 则o光振动方向垂直于主截面 e光振动方向在主截面内 15 3 晶体的分类 Typesofcrystal 各向同性晶体 Isotropiccrystal 不产生双折射现象 如 NaCl 双折射晶体 Anisotropiccrystal 单轴晶体 Uniaxial 只有一个光轴方向的晶体 如 方解石 Calcite 石英 Quartz 双轴晶体 Biaxial 有两个光轴方向的晶体 如 云母 Mica 等 16 4 单轴晶体中波的传播 晶体中的波面 17 5 正负晶体 Vo Ve时为正晶体 Positivecrystal Vo Ve时为负晶体 Negativecrystal 正晶体 no ne e光波面 椭球面 在o光波面 球面 之内 负晶体 no ne o光波面 球面 在e光波面 椭球面 之内 18 六 用惠更斯原理解释光的双折射现象 惠更斯原理 O光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面 即具有各向同性的传播速率 e光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭球面 沿光轴方向与O光具有相同的速率 e光波面 O光波面 光轴方向 负晶如方解石CaCO3 e光波面 O光波面 光轴方向 正晶如石英SiO2 七 晶体双折射的作图法 19 1 光轴在入射面内 光轴与晶体表面斜交 出射两束偏振方向相互垂直的线偏光 平行光倾斜入射 平行光垂直入射 20 2 平行光垂直入射 光轴在入射面内 光轴垂直于晶体表面 出射光沿同方向传播 具有相互垂直的偏振方向 传播速度相同 不产生双折射现象 光轴平行晶体表面 出射光沿同方向传播 具有相互垂直的偏振方向 但传播速度不相同 我们认为产生了双折射现象 no ne d 21 3 光轴垂直入射面 平行光倾斜入射 平行光垂直入射 出射两束偏振方向相互垂直的线偏光 出射光沿同方向传播 具有相互垂直的偏振方向 但传播速度不相同 我们认为产生了双折射现象 no ne d 22 三 用惠更斯原理解释双折射现象 图1 光线垂直入射时的双折射现象a 晶体表面垂直于光轴b 晶体表面平行于光轴图2 光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象a 光轴在入射面内b 光轴垂直于入射面 下一节 23 图1 光线垂直入射时的双折射现象 24 图1 a 光线垂直入射时的双折射现象 晶体表面垂直于光轴 2020 2 5 25 26 图1 b 1 光线垂直入射时的双折射现象 晶体表面平行于光轴 27 图1 b 2 光线垂直入射时的双折射现象 晶体表面平行于光轴 28 图2 a 光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象 光轴在入射面内 29 图2 b 光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象 光轴垂直于入射面 30 一 偏振器件 Polarizingdevice 1 尼科耳棱镜 Nicolprism 材料 方解石 Calcite 一 偏振起偏棱镜 第五节晶体偏振器件 作用 产生偏振光或检测偏振光 31 尼科耳棱镜 W Nicol 光轴 尼科耳棱镜 Nicolprism 制作 原理 孔径 缺点 32 2 格兰 汤姆逊 Glan Thompson 棱镜 光垂直于棱镜端面入射时 制作 原理 33 当入射光束不是平行光或平行光非正入射时 孔径 缺点 34 3 格兰 付科棱镜 Glan foucaultprism 35 Comments Nicolprismisagoodpolarizer butitisexpensiveandhasalimitedfieldofview 28o TheGlan Thompsonprismhasawiderangularaperture 40o butiswastefulofcalciteandhenceevenmoreexpensive TheGlan Foucaultprismhasnocement butanarrowfield andthusislesslikelytobedamagedathighpowerdensities 36 1 渥拉斯顿棱镜 Wollastonprism 利用两个正交的光轴分解光 材料 冰洲石 二 偏振分束棱镜 制作 原理 思考 缺点 37 2 洛匈棱镜 Rochonprism 材料 石英 正晶体 制作 原理 思考 38 二 波片 Waveplate 位相延迟器 它的作用是 o光和e光通过波片时的光程差 Opticalpathdifference 与位相差 Phasedifference d是波片厚度 使两个振动方向相互垂直的光产生位相 phase 延迟 制作 用单轴透明晶体做成的平行平板 光轴与表面平行 39 快轴 Fastaxis 和慢轴 Slowaxis 快轴 称波片中传播速度快的光矢量 Lightvector 方向为快轴 慢轴 称波片中传播速度慢的光矢量 Lightvector 方向为慢轴 波片的快轴和慢轴 波片的快 慢轴与晶体光轴的关系 40 则称该波片是1 4波片 1 4波片的最小厚度 若 当n0 ne时 e光超前 波片的快轴为e矢量方向 1 4波片 Quarter waveplate 41 性质 1 线偏光入射时若入射线偏光光矢量方向与快 慢轴方向一致时 出射仍为线偏光 若入射线偏光光矢量方向与快 慢轴都成45度时 出射光为圆偏光 若入射线偏光光矢量方向与快 慢轴都成其他角度时 出射光为椭圆偏光 42 2 圆偏振光通过四分之一波片后 变为线偏振光 3 椭圆偏振光入射时若长轴或短轴方向与波片的快 慢轴方向一致时 出射光为线偏光 若为其他方向时 出射光仍为椭圆偏光 43 O光和e光产生的光程差 称该晶片为二分之一波片 2 2波片 Half waveplate 性质 1 圆 椭圆 偏振光入射时 出射光仍为圆 椭圆 偏振光 只是旋向相反 2 线偏振光入射时 出射光仍为线偏振光 若入射的线偏振光与快 慢 轴夹角为 出射光的振动方向向着快 慢 轴转动了2 44 线偏振光通过半波片后光矢量的转动 线偏振光通过半波片后光矢量的转动 45 3 全波片 Full waveplate 称该晶片为全波片 性质 1 不改变入射光的偏振状态 2 只能增大光程差 46 波片是对特定的波长而言 自然光入射波片时 出射光仍然是自然光为改变偏振光的偏振态 入射光与波片快轴或慢轴成一定的夹角 几点注意 47 三 补偿器 Compensator 巴比涅 Babinet 补偿器 d1 d2 入射光 incidentlight 微量移动 48 Homework 14 5 1 TwoNicolprismsaresetformaximumtransmission Ifoneprismisrotatedthrough60o1 Whatpercentageoftheamplitudeisstillgoingthrough 2 Whatpercentageoftheintensityisstillgoingthrough 2 Iceisapositiveuniaxialcrystalwithindicesofrefractionof1 309and1 310 Howthickmusttheicebetoactasaquarter waveplateforlightof600nmwavelength 下一节 49 NicolPrism NicolprismnamedafterWilliamNicol 1768 1851 Scottishgeologistandphysicist AlecturerattheUniversityofEdinburgh Nicolpubishedhisfirstpaperatage58 Hisinterestswerepri