东南光学教程第五章

1第五章§5.3光通过单轴晶体时的双折射现象

象折射现双折射现

1、双折射现象方解石晶体纸面方解石晶体实物照片用眼睛观看发光点，会看到两个像点3e光一、晶体的双折射现象o光

自然光1.双折射：自然光垂直入射,进入晶体后,变为两束光。⒉

o光和e光：寻常光（ordinary）:仍沿原方向在晶体内传播；非常光（extraordinary）:在晶体内偏离原来的方向。光光当方解石晶体旋转时，o

光不动，e

光围绕o

光旋转双折射纸面方解石晶体光光当方解石晶体旋转时，o

光不动，e

光围绕o

光旋转双折射纸面方解石晶体光光当方解石晶体旋转时，o

光不动，e

光围绕o

光旋转双折射纸面方解石晶体光光当方解石晶体旋转时，o

光不动，e

光围绕o

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光不动，e

光围绕o

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光围绕o

光旋转双折射纸面方解石晶体光光当方解石晶体旋转时，o

光不动，e

光围绕o

光旋转双折射纸面方解石晶体24二、光轴、主平面与主截面1、光轴

光在晶体中沿特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。25单轴晶体：方解石、石英、红宝石。双轴晶体：云母、蓝宝石、黄玉。二、光轴、主平面与主截面263、主截面包括晶体光轴和界面法线的平面方解石光轴2、主平面eo

包含晶体光轴和给定光线的平面o

光的主平面e光的主平面二、光轴、主平面与主截面主截面27e光主平面o光主平面4、o光和e光的振动方向o光轴光轴eo光振动垂直于主平面e光的振动在主平面内o光:线偏振光

e光:线偏振光两光偏振方向垂直二、光轴、主平面与主截面

光入射面与主截面重合，o光线与e光线均在入射面内，即：主平面、主截面、入射面均重合28三、o光和e光的相对光强1、自然光入射发生双折射设入射光强为I，振幅为A2、线偏振光垂直入射发生双折射入射光的振动方向入射光的振动面晶体的主截面OO’θB’BAAoAeO’B’BθO29OO’θB’BAAoAe▲

在晶体中▲在晶体外射出晶体后，两束光无o光e光之分α为e光传播方向与光轴的夹角三、o光和e光的相对光强30o光强度最大e光完全消失o光完全消失e光强度最大扩大入射光束使两束光相互重叠，由于无论晶体怎样转动，重叠部分光强度不变三、o光和e光的相对光强OO’θB’BAAoAe31晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面32晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面33晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面34晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面35晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面36晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面37晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面38晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面39晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面40晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面41晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面42晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面43晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面44晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面45晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面46晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面47晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面48例：强度为I的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到另外一块完全相同的晶体上。两块晶体的主截面间夹角为α，试求当α等于30o和180o，最后透射出来的光束的相对强度（不考虑反射、吸收等损失）e光o光OO’OOO’49第五章§5.4光在晶体中的波面50一、晶体微观结构的各向异性：分子为各向异性的振子，三个振动方向的振动固有频率为：ω1ω2ω3各向异性的振子的三个振动方向单轴晶体振子的振动方向为两个，设ω1,ω2=ω3//光轴方向---ω1⊥光轴方向---

ω251c···A1···A2···A3vo晶体光轴发光点c过

c

点晶体主截面1、振动方向⊥主截面（o光）光振动方向⊥光轴，位相与ω2有关，沿各方向有相同的传播速度vo其波面为以C为球心的球面一、晶体微观结构的各向异性：52cA3A1A2vove2、振动方向平行于主截面（e光）CA1：振动方向⊥光轴，受迫振动位相与ω2有关，传播速度为voCA2：振动方向∥光轴，受迫振动位相与ω1有关，传播速度为veCA3：振动方向与光轴成一夹角，传播速度介于vo和ve之间其波面为以光轴为轴的旋转椭球面一、晶体微观结构的各向异性：531、单晶体的分类二、正晶体和负晶体负晶体（方解石）正晶体（石英）对于钠黄光，方解石晶体的折射率：石英晶体的折射率:正晶体负晶体光轴光轴54光轴e2.负晶波面图Oeo⊙光轴二、正晶体和负晶体e光波面图是长轴为vet,短轴为vot,在光轴方向上外切球面的椭球面.55e光轴eo3.正晶的波面图⊙光轴e光波面图是长轴为vot,短轴为vet,在光轴方向上内切球面的椭球面.二、正晶体和负晶体56４．o光和e光的折射率(1)沿光轴方向传播的o光或e光，传播速度相同，不发生双折射。

(2)o光：各向一样(3)e光：各方向速度不同，折射率不同,e光有无数个折射率。e光的主折射率:光沿垂直光轴方向传播时二、正晶体和负晶体光轴e57第五章§5.5光在晶体中的传播方向58、n1n21、用惠更斯原理确定折射光的传播方向.

一、单轴晶体内o光与e光的传播方向59空气晶体（1）光轴平行于入射面.方解石(负）光轴2.用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向

一、单轴晶体内o光与e光的传播方向60(2)光轴垂直于入射面,石英(正)空气晶体光轴ooee

一、单轴晶体内o光与e光的传播方向61[a]光轴平行于入射面,垂直于晶体表面空气方解石n1n0、neAA’······o（e）光光轴方向o光e光传播方向相同，不发生双折射，传播速度相同

一、单轴晶体内o光与e光的传播方向62[b]光轴平行于入射面,平行于晶体表面空气方解石n1n0、ne··光轴方向AA’··o光e光传播方向相同，但传播速度不同··o光e光

一、单轴晶体内o光与e光的传播方向63空气石英光轴ooee[C]光轴垂直于入射面,平行于晶体表面,o光e光传播方向相同，但传播速度不同

一、单轴晶体内o光与e光的传播方向64第五章§5.6偏振器件65o光和e光的特点：66一、尼科耳棱镜

1.原理：利用双折射将自然光分成o光和e光，再利用全反射把o光反射到棱镜侧壁上，只让e光通过棱镜，获得线偏振光。67(方解石)一、尼科耳棱镜

钠光自然光480光轴加拿大树胶涂黑710线偏振光68068光轴BCAD14o14o一、尼科耳棱镜

2.极限角：693.作用：①起偏器②

检偏器：透射出尼科耳后的线偏振光（e光）的光强为：一、尼科耳棱镜

a.平行尼科耳b.正交尼科耳：70

4.傅科棱镜：

以空气层代替加拿大树胶。

优点：可用于紫外线

傅科棱镜

光轴

光轴钠光自然光线偏振光一、尼科耳棱镜

71βADCB1、结构············光轴方向光轴方向ADCB两棱镜光轴相互垂直···················棱镜ADB主截面平行屏面棱镜CDB主截面垂直屏面棱镜ADB产生的o光e光不分开，但速度不同MN二、沃拉斯顿棱镜2、原理72▲振动垂直于屏面的偏振光对ADB为o光，对CDB为e光························βADCBMN▲振动在屏面内偏振光对ADB为e光，对CDB为o光。光疏－光密

从出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光

当β不很大时，两束出射光几乎对称地分开

可证明两出射光夹角二、沃拉斯顿棱镜73方解石制成的罗匈棱镜