南方医科大学大学物理李贞姬-ch12-14-lzj

*§12-14

光的双折射

光在各向异性介质中的传播

方解石一.寻常光和非常光1.双折射（doublerefraction）

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。食盐晶体2.寻常光和非寻常光o光e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（ordinarylight）

另一条光一般不在入射面内，不遵从折射定律，称非常光，简称

e光（extraordinarylight）

两束光的特点：*

两束光是光矢量振动方向不同的线偏振光*

垂直入射时，以入射光为轴旋转晶体，o

光不动，e

光旋转1.晶体的光轴（opticalaxisofcrystal)当光在晶体内沿某个特殊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)

平行6面体光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。二.光轴主平面光轴顶点A、B是由3个钝角面会合而成的。通过这样的顶点并与三个界面成等角的直线方向就是光轴方向。单轴晶体：只有一个光轴的晶体冰洲石、石英、红宝石、冰。。。双轴晶体:

有两个光轴的晶体云母、蓝宝石、橄榄石、硫磺。。。78o102o78o102oAB方解石晶体(冰洲石)

平行6面体2.主平面（principalplane）

主平面

晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面.o光振动垂直主平面e光振动在主平面内双折射光的偏振

o

光和

e光都是偏振光.并且偏振方向互相垂直e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面··光轴在入射面时,o光主平面和e光主平面重合,此时o光振动和e光振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，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光主平面)(e

光振动在e光主平面内)光轴o光:e光:光轴(o光主折射率)(e光主折射率)（principalrefractiveindex)

各个方向光速相同波面为球面各个方向光速不同波面为椭球面三.单轴晶体的子波波阵面正晶体(positivecrystal)

光轴

光轴

负晶体(negativecrystal)

(垂直光轴截面

)(垂直光轴截面

)(平行光轴截面

)(平行光轴截面

)石英、冰等方解石、红宝石等波片四.偏振光的干涉1.实验现象偏振片1偏振片2单色光入射，波片厚度均匀，屏上光强均匀分布。波片厚度不均匀时，出现干涉条纹。屏屏屏•••白光入射，屏上出现彩色，转动偏振片或波片，色彩变化。双折射晶片do光和e

光传播方向相同，但速度不同。o光和e光通过波片后产生的相位差为：no

——o

光主折射率ne

——e

光主折射率波片偏振片1偏振片2

光轴平行晶体表面，垂直入射经过波片后的两束光（o,e）能产生干涉么？2.偏振光干涉的分析o光和e光振动方向垂直，不能产生干涉！利用偏振片2将光振动引到一个方向上来。波片偏振片1偏振片2

2.光强分析o光和e

光经过偏振片2后，振动方向平行，振动频率相同，相位差恒定，满足干涉条件。式中

为投影引入的附加相位P1

P2—

干涉相长—

干涉相消讨论(1)波片厚度相同时，各处相位差相同，单色光照射时屏上光强均匀分布。合振动强度为：(2)波片厚度不均匀时，各处相位差不同，单色光入射出现等厚干涉条纹。

(3)白光照射时，屏上由于某种颜色干涉相消,而呈现它的互补色，这叫(显)色偏振。（complementarycolors）

（chromaticpolarization）

偏振片1偏振片2屏白光(4)旋转偏振片，使两偏振片偏振化方向平行，相位差产生

的变化，屏上颜色发生变化。偏光显微镜广泛用于地质、冶金工业中矿石鉴别、晶体结构分析.2001_1两偏振片的偏振化方向正交，方解石晶体光轴与两偏振片偏振化方向各成45度，已知方解石晶片厚度0.025mm。折射率no=1.658,ne=1.486。若入射到第一个偏振片的光是波长为0.4um~0.76um

的可见光，则透过第2个偏振片的光中，因干涉而缺少的波长为um？A0.73290.63260.54280.4882B0.72290.66150.57330.5059C0.75680.60550.50460.4325D0.71670.61430.53750.4778OO’P2P1例两偏振片的偏振化方向正交，方解石晶体光轴与两偏振片偏振化方向各成45度，已知方解石晶片厚度0.025mm。折射率no=1.658,ne=1.486。若入射到第一个偏振片的光是波长为0.4um~0.76um

的可见光，则透过第2个偏振片的光中，因干涉而缺少的波长为um？A0.73290.63260.54280.4882B0.72290.66150.57330.5059C0.75680.60550.50460.4325D0.71670.61430.53750.4778o光四.单轴晶体中的波面(惠更斯作图法(ve>vo))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1。画平行的入射光束2。做AB垂直于入射线，即入射线的波面3。求出B到B’的时间t=|BB’|/c4。以A为中心，vot为半径做半圆（球）面。即，B’时刻A发出的次波面5。过B’做半圆的切线（面），即包络面，折射光的波面6。连接A和切点，得到折射线方向做与半球面在光轴方向上相切的半椭球面，另一半主轴长为vet方解石光轴2.光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中o光e光e光o光光轴注意:此时在晶体中e光的波面不再与其波线垂直。

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。4.光轴垂直晶体表面，自然光垂直入射5.光轴垂直入射面，自然光斜入射光轴e光o光五.晶体偏振器尼科耳棱镜W.Nicol,1828应用最为广泛的双折射偏振器件将方解石晶体沿特定方向切成两半，再用加拿大树胶粘合，即制成尼科耳棱镜o光加拿大树胶光轴缺点：加拿大树胶吸收紫外线，所以，对短波段不适用。这时，可以使用渥拉斯顿棱镜140要求:入射角小于140,否则O光不能发生全反射。使o光发生全反射2.渥拉斯顿棱镜（Wollastonprism）

由两块直角方解石棱镜拼成。两块棱镜的光轴互相垂直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光折射角>入射角折射角<入射角光密到光疏折射角>入射角o光e光进一步分开出射

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(quarter-waveplate)