光在晶体中的双折射.ppt

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1、总结前述：从普通光源中获得线偏振光的方法总结前述：从普通光源中获得线偏振光的方法1.利用各向异性物质的利用各向异性物质的二向色性二向色性(偏振片偏振片)物质对振动方向显现出物质对振动方向显现出吸收系数吸收系数的不同的不同2.利用自然光在两个各向同性介质表面的利用自然光在两个各向同性介质表面的反射反射 (布儒斯特仪布儒斯特仪)物质对振动方向显现出物质对振动方向显现出反射系数反射系数的不同的不同3.利用各向异性晶体的利用各向异性晶体的双折射双折射(晶体偏振器晶体偏振器)物质对振动方向显现出物质对振动方向显现出传播速度传播速度的不同的不同13 光在晶体中的双折射光在晶体中的双折射 一、各向异性晶体中

2、的双折射现象一、各向异性晶体中的双折射现象二、晶体的光轴二、晶体的光轴 光线的主平面光线的主平面三、三、o光光 e 光的振动方向光的振动方向四、惠更斯原理确定晶体中光线传播方向四、惠更斯原理确定晶体中光线传播方向五、五、晶体偏振器晶体偏振器2象象折射现折射现双双折射现折射现方解石晶体方解石晶体CaCO3纸面纸面 双折射现象双折射现象一、各向异性晶体中的双折射现象一、各向异性晶体中的双折射现象自然光进入各向异性晶体中自然光进入各向异性晶体中 光线？光线？方解石晶体方解石晶体CaCO3 的同素异构体的同素异构体现象：现象：1)两束折射光两束折射光服从折射定律服从折射定律寻常光线寻常光线o 光光不服

3、从折射定律不服从折射定律异常光线异常光线e 光光演示演示4光光光光双双折折射射纸面纸面令方解石晶体绕光线旋转令方解石晶体绕光线旋转5光光光光双双折折射射纸面纸面6光光 光光双双折折射射纸面纸面7光光光光双双折折射射纸面纸面82)o 光光 e 光的光的 偏振状态偏振状态均是偏振光均是偏振光两者振动方向两者振动方向 近乎垂直近乎垂直需要需要进一步进一步解决的问题：解决的问题：1)e 光在晶体内的传播方向？光在晶体内的传播方向？2)o 光光 e 光的振动方向光的振动方向？需要先介绍晶体的基本知识需要先介绍晶体的基本知识9二、晶体的光轴二、晶体的光轴 光线的主平面光线的主平面1.光轴光轴(方向方向)在

4、这个方向上在这个方向上 不发生双折射不发生双折射称这个特殊方向为晶体的光轴称这个特殊方向为晶体的光轴注意：注意：光轴在晶体内光轴在晶体内光轴是一个方向光轴是一个方向光轴光轴10 光线在晶体光线在晶体内部内部沿着光轴方向传播沿着光轴方向传播 不发生双折射不发生双折射 实验上怎么操作才能使入射光线实验上怎么操作才能使入射光线 进入晶体后沿光轴方向传播呢？进入晶体后沿光轴方向传播呢？必须令入射表面垂直光轴必须令入射表面垂直光轴空气空气方解石方解石光轴光轴在空气中沿光轴在空气中沿光轴方向入射方向入射思考思考:将下述情况与将下述情况与左图情况比较左图情况比较1178780 01021020 078780

5、 078780 01021020 01021020 0光轴光轴方解石晶体的光轴（方向）方解石晶体的光轴（方向）磨磨 抛光抛光分类：单轴晶体分类：单轴晶体 双轴晶体双轴晶体 uniaxis crystal biaxis 只有一个光轴方向只有一个光轴方向 有两个光轴方向有两个光轴方向方解石方解石(冰洲石冰洲石)石英石英 quartz 云母云母 蓝宝石蓝宝石 mica sapphire人工拉制单轴晶体人工拉制单轴晶体ADP(磷酸二氢氨磷酸二氢氨)铌酸锂铌酸锂(LiNiO3)O.A.132.光线的主平面光线的主平面光线与光轴组成的平面称该光线的主平面光线与光轴组成的平面称该光线的主平面方解石方解石eo

6、e光的光的主平面主平面O光的光的主平面主平面一般一般情况下情况下 两个光线主平面两个光线主平面不重合不重合特殊特殊：光轴在入射面内光轴在入射面内 两个光线主平面两个光线主平面重合重合此时此时 两个光线的主平面可用两个光线的主平面可用入射面代替入射面代替！14三、三、o光光 e 光的振动方向光的振动方向 我们知我们知 o 光和光和 e 光光 都是线偏振光都是线偏振光 振动方向怎样说明呢？振动方向怎样说明呢？必须由各光线的主平面来说明必须由各光线的主平面来说明 O.A.oo 光的振动垂直光的振动垂直 o光的主平面光的主平面e光的振动在光的振动在e光的主平面内光的主平面内e15 若若 光轴在入射面内

7、光轴在入射面内 则则 两条光线的主平面就是入射面两条光线的主平面就是入射面 o光的振动光的振动垂直垂直入射面入射面 e光的振动在入射面光的振动在入射面内内 那么那么 两光偏振方向垂直两光偏振方向垂直O.A.oo 光的振动垂直光的振动垂直 o光的主平面光的主平面e光的振动在光的振动在e光的主平面内光的主平面内e1617四、惠更斯原理确定晶体中光线传播方向四、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作图法确定单轴晶体中 o光和光和e光的传播方向光的传播方向1.o光光 e光的子波面光的子波面2.注意注意:双折射的本质是传播速度的各向异性双折射的本质是传播速度的各向异性 o 光传播的速度

8、在各方向相等光传播的速度在各方向相等(各向同性各向同性)e 光传播速度与方向有关光传播速度与方向有关(各向异性各向异性)结论结论:o 光的子波面光的子波面 一定是球面一定是球面 e 光的子波面光的子波面 肯定不是球面肯定不是球面 是什么样呢是什么样呢?18给出两个给出两个实验事实：实验事实：1)在光轴方向在光轴方向 e光的速度等于光的速度等于o 光速度光速度 即即等于等于Vo2)在垂直光轴方向在垂直光轴方向 o 光光e 光光两个速度差别最大两个速度差别最大 与与o 光速度光速度差别最大的速度差别最大的速度 记做记做Ve 结论结论:o 光的子波面光的子波面 一定是球面一定是球面 e 光的子波面光

9、的子波面 肯定不是球面肯定不是球面 是什么样呢是什么样呢?19正晶体正晶体 方解石方解石 按按Ve与与Vo关系不同将晶体分为正负两种关系不同将晶体分为正负两种负晶体负晶体 石英石英称为晶体的主折射率称为晶体的主折射率 当然主折射率与波长有关当然主折射率与波长有关 通常给出光对钠通常给出光对钠D线线(=0.5893 m)的折射率的折射率20光轴在入射面内光轴在入射面内o o光的子波面光的子波面e e光的子波面光的子波面光轴垂直入射面光轴垂直入射面e e光的子波面是以光轴为轴的旋转椭球面光的子波面是以光轴为轴的旋转椭球面负晶体的子波面负晶体的子波面212.惠更斯作图惠更斯作图 以例说明以例说明例例

10、1 光轴在入射面内光轴在入射面内 自然光从空气斜入射至自然光从空气斜入射至方解石晶体表面方解石晶体表面空气空气方解石方解石分析：分析：o光可用折射定律计算光可用折射定律计算e光不服从折射定律光不服从折射定律22例例2 光轴垂直入射面光轴垂直入射面 自然光斜入射自然光斜入射方解石方解石空气空气方解石方解石23例例3 光轴在入射面内光轴在入射面内 线偏振光斜入射线偏振光斜入射1)入射光振动入射光振动 入射面入射面2)入射光振动入射光振动 在入射面内在入射面内3)入射光振动入射光振动 与入射面有一夹角与入射面有一夹角 现象如何？现象如何？24五、晶体偏振器五、晶体偏振器从普通光源中获得线偏振光的第三

11、种方法从普通光源中获得线偏振光的第三种方法1.渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜 Wollaston prism2.尼克耳棱镜尼克耳棱镜 Nicol prism两个线偏两个线偏振光全取振光全取舍掉一支舍掉一支25尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器.摄摄影影用用的的偏偏光光镜镜如如选选择择适适当当角角度度可可消消除除或或减减弱弱水水和和玻玻璃璃等等非非金金属属表表面面的的反反光光 这是为什么这是为什么?考考思思 题题27两块方解石光轴平行放置两块方解石光轴平行放置双像的距离与一块时比有何变化？双像的距离与一块时比有何变化？如果转动其中的一块如果转动其中的一块 将出现什么现象将出现什么现象?28