第八章光在晶体中的传播.pptx

第八章光在晶体中的传播、第八章光在晶体中的传播1、双折射现象2、虹膜图3、波长板和补偿器4、偏振光的干涉5、人工双折射6、旋光性、糖测量技术，第一节：双折射现象rasmusbartholinsremeredespeciallyforhisdiscovery (11 ) ofthebirefringenceofalightraybycicelandcrystal (calcite ).hepublishedanaccuratedescriptionofthephenomen， butsinstetheperationalitynetureoflightwaspoorlyunderstoodatthetime hewasunabletoeexplaiinit.itwhoslonaverhittthomingproprosethe c.1801thananexplanation，RasmusBartholin(1625，1698 ) icelandcrystalisptransparentvariety，orryinstallizedcalciumcarbonate .o光(order ) 寻常光)不遵循折射法则e光(Extra-ordinarylight非常光)，使用折射法则用偏振镜考察从结晶出射的2光束，发现全部为直线偏振光。 双折射光的偏振特征，光轴：光在晶体中向某个方向传播时不发生双折射现象，该方向称为晶体的光轴，天然方解石晶体为六面体，各面为菱形，大角约为102o，小角约为78o .六面体中有两个相对三个钝角包围的顶角，将这两个顶角连接起来， 平行于线的方向是方解石的光轴方向，单轴晶体：只有一个光轴(方解石、水晶)的晶体的双轴晶体：两个，由光轴、法线、入射光、主断面：光轴和晶体表面的光入射点的法线构成的平面. 主断面、光轴、法线、入射光、主平面：由结晶中光(o光或e光)的传播方向和结晶光轴构成的平面。 o光振动方向垂直于o光的主平面的e光的振动方向平行于e光的主平面. 当o光和e光的主平面相互平行时，两光的振动相互正交，o光和e光的传播方向，o光的传播方向在入射面内，符合折射定律和反射定律的o光在入射面内。 e光一般不符合折射定律(在垂直于光轴的方向传播时符合折射定律)。 一般来说，e光不在入射面内。 因此，o光和e光的偏振方向一般不垂直。 即使入射面与主截面一致，如果说明e光偏转仍然在入射面内的入射面与主截面不一致，则e光线可能不在入射面内。 o光的偏转总是在入射面内。 o光和e光的传播速度、o光的各方向的折射率相同(no )，传播速度相同。 e光在不同方向折射率不同，传播速度不同。 沿光轴方向的折射率no和o光相同。 垂直于光轴方向的折射率称为ne.no和ne为结晶的主折射率。 晶体分为正晶体和负晶体neno晶体，称为负晶体。 例如方解石. neno的晶体称为正晶体。 石英.光在晶体中波之前，在、t=0时从原点发出的光的振动在t=t时，o光向以v0t为半径的球面传播。 e光沿垂直光轴为传播距离vet，沿光轴为vot，e光波前为椭圆面。 o光球面和e光椭圆面在光轴方向相接。 负晶体(neno )，正晶体(neno )，(1)作图法确定光在各向同性介质界面的反射和折射光的方向，第二节：惠更斯作图，惠更斯原理确定折射光的传播方向，空气、晶体、惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向，例题1 :负晶体方解石、光轴、另外，1/no为短轴，1/ne为长轴，椭圆，空气，结晶，例题2 :方解石，光轴，AC/no为半径，AC/no为短轴，AC/ne为长轴，椭圆，例题3 :石英(正结晶)，光轴垂直于入射面，空气，结晶，光轴，AC/no为半径，圆，AC/ne为半径例如方解石、光轴：结晶，例题4，加拿大胶，偏振棱镜， 加拿大橡胶对钠黄光的折射率为1.55，介于方解石的ne=1.486和no=1.658之间，进入晶体进行双折射，格兰普森，第3节：波片和补偿器是将单轴晶体切断成一定厚度的晶片，使其光轴与表面平行的波片在波长板内分解为o光e光，在结晶内与光轴垂直地传播，因此o光e光传播速度不同，在波长板的背面传播的o光e光具有附加的相位差，波长板的相位差为波长板的d、no， 光程差：通过波长板时，在波长板内分解为o光和e光，通过波长板时强度没有变化，相位差发生变化，因此通过波长板时，有可能引起偏振状态的变化，(1)被称为波长板(或片)，即使入射的偏振光通过波长板，偏振状态也不变化经波长板，称为(2)二分之一波长板(或/2片)，即二分之一波长板，经波长板，称为(3)四分之一波长板(或/4片)，即四分之一波长板，当直线偏振光入射到/4片时，出射光成为正椭圆偏振光或圆偏振光。 因此，当椭圆偏振光或晶片的真光入射到适当的/4片时，能够将出射光转换为直线偏振光。 经过波长板，直线偏振光通过l/4波长板后变成椭圆(圆)偏振光，圆或主轴与波长板的光轴平行的正椭圆偏振光通过l/4波长板后变成直线偏振光，/4片，偏振板，自然光和圆偏振光的鉴别，圆偏振光通过四分之一波长板后变成直线偏振光，自然光在结晶(波长板)内产生的o光和e光之间变成一定的偏振光用、四分之一波片和偏振片p可以区分部分偏振光和椭圆偏振光。偏振片、部分偏振片与椭圆偏振片的鉴别、部分偏振片在结晶(波长板)内产生的o光与e光之间没有一定的相位差，因此通过四分之一波长板的出射光还是部分偏振光。 放置/4片、光轴平行最大光强度或最小光强度的方向、或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴，椭圆偏振光经过四分之一波片变为直线偏振光。 另外，补偿器：通过补偿器后的两偏振光间的相位差：第四节：偏振光的干涉，A1，P1，p2，1，P1P2，它们之间的相位差：结晶双折射，投影，光轴，2，2，P1，A1，Ao，Ae，A2o，A2e，p 2，光轴p1p2之间的相位差：结晶双折射，p1p2满足明亮的条纹条件，p1p2满足暗的条纹条件，p1p2满足明亮的条纹条件，p1p2满足明亮的条纹条件，旋转第二偏振片，补偿从p1p2到p1p2观察到的明暗出射光强度分布：偏振光的干涉装置中的晶片厚度不一致时，在相同厚度的情况下，产生相同的干涉光强度，形成相同厚度的干涉图案，形成相同厚度的条纹图案，条纹间距：光弹测量：构件被建模，放置在光场，测量模型的应力值。 对构件施加一定的拉伸力和压力，在介质内部形成一定的应力分布，介质各向异性，产生双折射。 在一定应力范围内，双折射率n与应力成比例，其中n的空间分布反映在偏振光的干涉条纹中，从相似原理换算实际应力。 第五节：具有人工双折射：光源，准直镜，偏振器，模型，成像透镜，反射镜，屏幕，汽车效应：的各向同性透明介质(非晶或液体等)在外电场的作用下显示双折射现象，称为汽车效应。施加电场破坏溶液的各向同性，产生各向异性，产生双折射，光轴方向与电场方向平行，经过长度为l的电场区域，克尔效应产生的附加相位差为：透过P2的光的强度：电压在半波电压和零值之间变化时，外壳可以开启、关闭光路，因此作为电光开关当外壳的电极接触到调制信号电压时，通过p-2的光的强度根据信号电压的变化而变化，所述外壳是光调制器。 汽车效应几乎没有延迟时间，伴随外部电场变化的响应时间非常短，达到10-9s，因此可以制作高速快门和光调制器等，可以用于高速摄影、电影电视、激光通信等领域。 kerrsmostimtportentermanaterworkwhetdiscoveryofdoublerefractionsonlidandliquiddielectricsinanelectrostaticfield (1875 ) andoftheso-calledKerreffect .JohnKerr(1824-1907 )，图为气泡交叉效应装置(光传播方向与电场平行)、P1P2； 透明电极； 晶体是单轴晶体，光轴沿着光传播方向(不施加电场时无双折射)。 在电场施加结晶双轴结晶原光轴方向上施加了双折射效果。 泡克耳斯效应引起的n与电场施加成正比，泡沫效应：noo光在晶体中的折射率、v-电压、电光常数。 此外，经过长度为l的电场区域，在由克尔效应引起的附加相位差为：=的情况下，P2最使光透过。 磷酸二氢钾(KH2PO4，简称KDP )、磷酸二氢胺(NH4H2PO4，ADP )等单晶均具有线性电光效应。 例如，对于=546nm的绿色光，在no=1.51、=10.610-12m/V、=的情况下，KDP晶体的半波电压V=7600V，其远低于壳体所要求的电压。 泡沫汽车效应的开关响应时间也极短，一般不到10-9s，超高速开关、激光调q、显示技术、数据处理 in 1893 dhediscoveredthatatthedelecticefiledtocertainforingtermatillasscasesstherefractiveindextovary propatimitelinesprottothestt efficientofproportityisoftheorderedof 101010 v1 to 101012 v1. thisphenomenonisnowcalledthepockel s effect .friedricharlwinkckels (1865-1865 ) 物质的具有旋光性的物质(例如石英、氯酸钠、砂糖的水溶液、酒石酸溶液、松节油等)具有使线偏振光的振动面旋转的性质，被称为旋光性(opticalactivity )。 振动面旋转的角度： a-旋光率(specificrotation )取决于入射光的波长和物质的性质。 therotationoftothetothereationantionoflinearlypolarizedlightwasrstobservedin 1811 inqquthebyfrenchysicistfranchisjeandinomin etime jenbaptistebiototalsosobservedtheefectoinquidsandsasesofganiccsubstancessuchasurpenine . franoisjeandinominiquearago (1786-1853 ) jean-baptiste biot (1774-31862 )可以将任何圆偏振光和椭圆偏振光分解为两个相同的频率，其振动方向是彼此正交的并且具有稳定的相位关系的线偏振光。 在旋光现象的说明中，任何线偏振光都可以分解为2个同一频率的左右旋转、振幅相等、具有稳定的相位关系的圆偏振光。 旋光晶体中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的传播速度不同，即，两个偏振状态的折射率不同； 左旋偏振光和右旋偏振光通过厚度为d的结晶，两者经历的光路不同，相应地产生相位延迟：相对于圆偏振光，相位延迟意味着光矢量的旋转角的后退：右旋圆偏振光、左旋圆偏振光、相位延迟旋转角的后退，结晶后面合成的直线偏振光矢量为l、r角度的二等分线， 对前面的线偏振矢量旋转的菲涅耳复合棱镜：菲涅耳复合棱镜的意义：菲涅耳提出的晶体旋光性机理进行了假设解释。 本发明提供一种产生圆偏振光的典型器件。 旋光性与物质分子结构的关系，是什么结构的物质旋转偏振光的振动方向？ 在理解这个问题之前，先探讨手性的概念。1848年，法国科学家路径工具(louisvuitur )发现，无旋光性酒石酸或两种结构极其相似的两种晶型混合在一起。 那些结构非常相似，即使不同，也不能完全重叠。 仿佛是人的右手，外表非常相似，但不能完全重叠。 他用放大镜和镊子将这两种晶体仔细分离，分别溶于水中后测定其旋转光度，均有旋转光度，混合后旋转光度为零。 LouisPasteur(1822-1895 )、jacobusennicusvanthoff (1852-1911 )、josepphachildlebelel(1847-1930 )、 in 1874 jocibachusenenricsvanthoffandjosephhhilleeleendprendleprovesthefopthecalactivitycoldebeplicationeddbesshaming NCC eighborsaredirectedtowardstyorsofresofaregularartetrahedron.hiseledttoobeterunderstandngofthethree-dimentalnatureofmolect 没有手性的分子没有旋光性，物质的手性是判断是否有旋光性的必要条件。 旋光性物质的旋转光度的大小由该物质