7郭永康+光在晶体和液晶中传播-1.ppt

,晶体的双折射和双反射doublerefractionoflightincrystals,产生线偏振光的元件instrumentsproductingpolarizedlight,相位延迟器phasesdelayer,偏振光和偏振光的干涉polarizedlightandinterferenceofpolarizedlight,光调制器opticalmodulator,CH7-1光的双折射doublerefractionoflightincrystals,7.1光的双折射,一.光的双折射现象,在各向同性的介质中S是点物S的象,天然方解石晶体是双折射晶体,双折射现象,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,2)o光e光的偏振状态,均是偏振光两者振动方向近乎垂直,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,二、晶体的光轴光线的主平面,1.光轴(方向)在这个方向上不发生双折射称这个特殊方向为晶体的光轴,注意：光轴在晶体内光轴是一个方向,光轴与晶体的三个棱边成等角,沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光，仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。,具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。例如：方解石、石英等。,具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。例如：云母、硫黄等。,方解石晶体的光轴（方向）,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),2.光线的主平面光线与光轴组成的平面称该光线的主平面,一般情况下两个光线主平面不重合特殊：光轴在入射面内两个光线主平面重合此时两个光线的主平面可用入射面代替！,三、o光e光的振动方向,寻常光（O光）和非常光（e光）,寻常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速相同），且在入射面内传播，简称它为O光。,非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一定在入射面内传播，简称为e光。,O光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。,e光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。,若光轴在入射面内，实验发现：O光、e光均在入射面内传播，且振动方向相互垂直。,若沿光轴方向入射，O光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而无双折射现象。,四、惠更斯原理确定晶体中光线传播方向作图法确定单轴晶体中o光和e光的传播方向o光e光的子波面注意:双折射的本质是传播速度的各向异性o光传播的速度在各方向相等(各向同性)e光传播速度与方向有关(各向异性)结论:o光的子波面一定是球面e光的子波面肯定不是球面是什么样呢?,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,e光在垂直于光轴方向上的传播速率，在该方向的折射率。,e光在其它方向上的折射率在之间。,对波长为589.3纳米的钠黄光,为简略以下使用,惠更斯作图法,1.平行光倾斜入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面斜交,如果光轴不在入射面内，球面和椭球面相切的点，就不会在入射面内，则O光、e光振动方向并不相互垂直。,2.平行光垂直入射，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,3.平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴平行晶体表面,具有相互垂直的偏振方向,出射光沿同方向传播,五.单轴晶体的射线速度法线速度法线面,(阅读),CH7-2产生偏振光的元件INSTRUMENTSFORTHEPRODUCTIONOFPOLARIZEDLIGHT,1.沃拉斯顿棱镜Wollastonprism2.尼克耳棱镜Nicolprism,产生偏振光的元件,一.线偏振器,尼科耳棱镜,光轴在ACNM平面内方向与AC成480，入射面取ACNM面,两块特殊要求加工的直角方解石，如图：,加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角arcsin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在CN处为涂黑层所吸收。,出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光。,方解石的折射率n0=1.658,沃拉斯顿棱镜,两块直角方解石光轴相互垂直,方解石,e光从光密到光疏折射光要偏离法线,二向色性人造偏振片,二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同时有选择吸收的性能