第五章光的偏振2

第二节 双折射 总结前述 从普通光源中获得线偏振光的方法利用各向异性物质的二向色性 偏振片 物质对振动方向显现出吸收系数的不同2 利用自然光在两个各向同性介质表面的反射 布儒斯特仪 物质对振动方向显现出反射系数的不同3 利用各向异性晶体的双折射 晶体偏振器 物质对振动方向显现出传播速度的不同 双折射现象 方解石 1 双折射 o光 e光 2 寻常光和非寻常光 两折射光线中有一条始终在入射面内 并遵从折射定律 称为寻常光 简称o光 另一条光一般不遵从折射定律 折射线也不一定在入射面内 称非常光 简称e光 双折射现象一束光入射到各向异性的介质后出现两束折射光线的现象 一 各向异性晶体中的双折射 光 光 双折射 纸面 令方解石晶体绕光线旋转 光 光 双折射 纸面 光 光 双折射 纸面 光 光 双折射 纸面 转动晶体时 e光绕o光转动 o光e光的偏振状态 均是偏振光两者振动方向近乎垂直 注 o光与e光仅在晶体内才有意义 在晶体外 无o光和e光的差别 需要进一步解决的问题 1 e光在晶体内的传播方向 2 o光e光的振动方向 需要先介绍晶体的基本知识 3 晶体的光轴 在晶体内存在一个特殊方向 光沿此方向传播时不发生双折射 该方向称为晶体的光轴 例如方解石晶体 冰洲石 光轴 光轴是一特殊的方向 凡平行于此方向的直线均为光轴 单轴晶体 只有一个光轴的晶体 双轴晶体 有两个光轴的晶体 分类 单轴晶体双轴晶体uniaxiscrystalbiaxis 只有一个光轴方向有两个光轴方向 方解石 冰洲石 石英quartz 云母蓝宝石micasapphire 人工拉制单轴晶体ADP 磷酸二氢氨 铌酸锂 LiNiO3 O A e光 光轴 e光的主截面 o光 光轴 o光的主截面 光轴在入射面时 o光主截面和e光主截面重合 此时o光振动和e光振动相互垂直 一般情况下 两个主截面夹角很小 故可认为o光振动和e光振动仍然相互垂直 o光振动垂直o光主截面 e光振动平行e光主截面 4 主截面 主截面晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面 光轴与o光构成的平面叫o光主截面 光轴与e光构成的平面叫e光主截面 5 o光和e光的相对强度 自然光入射 o光和e光等振幅 偏振光入射 o光振幅等于垂直于主截面的分量e光振幅等于平行于主截面的分量 6 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 理论分析见 自学 o光波面为球面 e光波面为旋转椭球面 o光波速与方向无关 e光波速与方向有关 在光轴方向两波速相同 不产生双折射 o光传播方向与波面垂直 e光传播方向不一定与波面垂直 e光不是横波 光轴 光轴 o光 e光 光轴 光轴 正晶体 光轴 光轴 负晶体 垂直光轴截面 垂直光轴截面 平行光轴截面 平行光轴截面 o光 二 光在单轴晶体中的传播方向 惠更斯作图法 ve vo 方解石 光轴 2 光轴平行入射面 自然光垂直入射负晶体中 方解石 光轴 1 光轴平行入射面 自然光斜入射负晶体中 光轴 e光 o光 e光 e光 o光 光轴 3 光轴平行晶体表面 自然光垂直入射 此时 o e光传播方向相同 但传播速度不同 从晶体出射后 二者产生相位差 三 晶体偏振器 1 尼科耳棱镜 o光 加拿大树胶n 1 55 光轴 由71 磨为68 产生全反射 作用 作起偏器和检篇器 透振方向 平行于主截面 例 2 渥拉斯顿棱镜 上述两种棱镜得到的偏振光质量非常好 但棱镜本身价格很高 因而使用较少 负晶体 o光 e光 出射o光e光的相差为 3 波 晶 片 自然光垂直入射波晶片后 o光 e光传播速度不同 产生的相位不同 波晶片 光轴平行于表面且厚度均匀的晶体 波晶片分类 波片 半波片 全波片 实际上 波片的厚度为上述厚度的奇数倍 波片作用 四分之一波片可把平面偏振光变成椭圆偏振光 线偏振光入射半波片 透射光仍为线偏振光 当入射光振动面与主截面夹角为 时 透射光振动面被扭转2 可见 出射的线偏