南京大学-张学进-光学cha

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（Doublerefraction）,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;,方解石晶体的双折射现象,2,光通过双折射晶体,3,寻常光(ordinarylight，o光)-遵从折射定律的光束；非常光(extraordinarylight，e光)-不遵从折射定律的光束,正入射时,4,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,5,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,6,主截面(Principalsection)和主平面(Principalplane):,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。,主平面：晶体中任意一条光线与光轴构成的平面。,实验表明：o光的光振动垂直于它的主平面，e光的光振动平行于它的主平面。,当入射光线正好在光轴与晶体表面法线所组成的平面内（即光轴位于入射面内）时，o光和e光的主平面以及入射面三者重合，这个重合面称为主截面。,8,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.,9,5-7-2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,10,实验发现：,（1）o光和e光的子波面,-正轴晶体(positivecrystal)，如石英；-负轴晶体(negativecrystal)，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,11,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：,12,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,13,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,14,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,15,图示：双折射晶体中o光和e光的子波面,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=,Co和Ce分别为两种子波与包络面的切点,17,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：,18,（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,19,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。,20,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,21,光轴平行于表面（并且在屏幕面上）,22,光轴平行于表面（并且垂直于屏幕面）,光轴,23,正入射，光轴在几个特殊方向上时的双折射：,24,（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光的主平面共面），因此o光和e光可以作为两个垂直分量看待.,25,自然光入射时：自然光分解到o光和e光分量的机会相等,自然光入射到晶体内，分解出的o光和e光的光强相等,o光的振动方向o光的主平面e光的振动方向e光的主平面入射光线在主截面内时，o光和e光是振动方向相互垂直的线偏振光光的振动方向光轴时，传播速度为v；no=c/v光的振动方