第九章光的偏振大學(xué)物理

1、大學(xué)物理大學(xué)物理 I I第九章 光的偏振主講：吳振華主講：吳振華物理電子學(xué)院太赫茲研究中心物理電子學(xué)院太赫茲研究中心知識(shí)要點(diǎn)自然光和偏振光自然光和偏振光反射與折射時(shí)光的偏振反射與折射時(shí)光的偏振光的雙折射光的雙折射起偏和檢偏起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律 偏振偏振一、橫波的偏振性一、橫波的偏振性振動(dòng)面振動(dòng)面：光矢量：光矢量E E與傳播方向組成的平面。與傳播方向組成的平面。光矢量光矢量振動(dòng)面振動(dòng)面v0HE只有橫波才有偏振現(xiàn)象只有橫波才有偏振現(xiàn)象9-1 9-1 光的偏振態(tài)光的偏振態(tài)球面波 波面波線波前平面波波前&波的幾何描述波的幾何描述1.波陣面波陣面（或相面、波面）（或相面、波面）某時(shí)刻

2、介質(zhì)內(nèi)振動(dòng)相位相某時(shí)刻介質(zhì)內(nèi)振動(dòng)相位相同的點(diǎn)組成的面稱為波面。同的點(diǎn)組成的面稱為波面。2.波射線波射線（或波線（或波線) 波的傳播方向稱之為波射線或波線。波的傳播方向稱之為波射線或波線。3.波前波前某時(shí)刻處在最前面的波陣面。某時(shí)刻處在最前面的波陣面。在各向同性均勻介質(zhì)中，在各向同性均勻介質(zhì)中，波線與波陣面垂直波線與波陣面垂直! !波線波線波面波面波面波面波線波線平面波平面波球面波球面波波面波面波線波線波線波線波波面面光的偏振光的偏振振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振 光波光波電矢量振動(dòng)的空間分布對(duì)于光的傳播方向失電矢量振動(dòng)的空間分布對(duì)于光的傳播方向失去

3、對(duì)稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。去對(duì)稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。 偏振態(tài)偏振態(tài): : 光光矢量在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)的矢量在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)的 振動(dòng)狀態(tài)。振動(dòng)狀態(tài)。 線偏振光線偏振光 自然光自然光 部分偏振光部分偏振光 橢圓偏振光橢圓偏振光 圓偏振光圓偏振光光波是橫波，橫波具有偏振性光波是橫波，橫波具有偏振性1.1.線偏振光線偏振光E播播傳傳方方向向振振動(dòng)動(dòng)面面面對(duì)光的傳播方向看面對(duì)光的傳播方向看線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解EEyEx yx 線偏振光的表示法：線偏振光的表示法： 光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面光振動(dòng)平行板面 cosEEx s

4、inEEy ZXYuEEuZXY表示：表示：或或表示：表示：平行于板面振動(dòng)平行于板面振動(dòng)垂直于板面振動(dòng)垂直于板面振動(dòng)振動(dòng)面振動(dòng)面-電矢量所構(gòu)成的平面稱為偏振光的振動(dòng)面。電矢量所構(gòu)成的平面稱為偏振光的振動(dòng)面。XYE表示：表示：在垂直于傳播方向的兩正交方向上，光矢在垂直于傳播方向的兩正交方向上，光矢量的平均值相等。量的平均值相等。結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光 的隨機(jī)性所破壞或掩蓋。的隨機(jī)性所破壞或掩蓋。2.2.自然光自然光普通光源發(fā)光的特點(diǎn)：普通光源發(fā)光的特點(diǎn)：1）一個(gè)原子發(fā)出的某個(gè)波列的光是平面偏振光；一個(gè)原子發(fā)出的某個(gè)波列的光是平面偏振光；2）大量原子所發(fā)出的光的振動(dòng)面

5、是隨機(jī)的，）大量原子所發(fā)出的光的振動(dòng)面是隨機(jī)的， 且各個(gè)方向的幾率相同。且各個(gè)方向的幾率相同。沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。的、等幅的、不相干的線偏振光。yxEE yxIII 自然光的表示法：自然光的表示法：自然光的光矢量在所有可能的方向上自然光的光矢量在所有可能的方向上,且振幅且振幅E相等相等.表示：表示：3.部分偏振光部分偏振光光矢量的平均值在某一方向上強(qiáng)，與之垂直光矢量的平均值在某一方向上強(qiáng)，與之垂直的另一方向上相對(duì)較弱。的另一方向上相對(duì)較弱。平行于板面的光振動(dòng)強(qiáng)平

6、行于板面的光振動(dòng)強(qiáng)垂直于板面的光振動(dòng)弱。垂直于板面的光振動(dòng)弱。垂直于板面的光振動(dòng)強(qiáng)垂直于板面的光振動(dòng)強(qiáng)平行于板面的光振動(dòng)弱。平行于板面的光振動(dòng)弱。4. 圓偏振光和橢圓偏振光右旋圓右旋圓偏振光偏振光右旋橢圓右旋橢圓偏振光偏振光 y yx z傳播方向傳播方向 /2x某時(shí)刻右旋圓偏振光某時(shí)刻右旋圓偏振光E隨隨z的變化的變化E0偏振面偏振面隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)的光為圓或橢圓偏振光隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)的光為圓或橢圓偏振光.迎著迎著光線看光線看,光矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為右旋偏振光光矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為右旋偏振光.9-2 9-2 偏振片偏振片 馬呂斯定律馬呂斯定律一一.偏振片的起偏和檢偏偏振片的起偏和檢偏 偏振片的構(gòu)造偏振片的構(gòu)造: 將

7、硫酸碘金雞鈉霜晶粒定向排列將硫酸碘金雞鈉霜晶粒定向排列并蒸鍍?cè)谕该骰喜⒄翦冊(cè)谕该骰?就制成偏振片。就制成偏振片。 偏振片的特性偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振動(dòng)而僅讓能吸收某一方向的光振動(dòng)而僅讓與此方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)。與此方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)。 偏振化方向：偏振化方向：允許通過(guò)的光振動(dòng)方向。常用箭允許通過(guò)的光振動(dòng)方向。常用箭頭頭“ ”表示。表示。偏振片偏振片自然光自然光Io線偏振光線偏振光oII21 你可以通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)想象這是一種什么景象：你把一根繩子的一頭拴在鄰居院子里的樹上，另一頭拿在你手里。再假定繩子是從籬笆的兩根竹子的正當(dāng)中穿過(guò)去的。如果你現(xiàn)在拿繩子上下振動(dòng)，繩子產(chǎn)生的波

8、就會(huì)從兩根竹子之間通過(guò)，并從你的手傳到那棵樹上。這時(shí)，那座籬笆對(duì)你的波來(lái)說(shuō)是透明的。但是，要是你讓繩子左右波動(dòng)，繩子就會(huì)撞在兩根竹子上，波就不會(huì)通過(guò)籬笆了，這時(shí)這座籬笆就相當(dāng)于一個(gè)起偏振器件。 偏振片偏振片透明玻璃片透明玻璃片硫酸金雞納鹼或電氣石硫酸金雞納鹼或電氣石等材料的簿膜等材料的簿膜自然光自然光偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向具有豎直偏振方向具有豎直偏振方向的偏振膜。吸收了的偏振膜。吸收了水平方向的光振動(dòng)水平方向的光振動(dòng) 若以光傳播方向?yàn)檩S若以光傳播方向?yàn)檩S,慢慢旋轉(zhuǎn)檢偏片慢慢旋轉(zhuǎn)檢偏片,觀察透過(guò)觀察透過(guò)偏振片的光偏振片的光, 偏振片既可用作起偏器偏振片既可用作起偏器,又可用作檢偏器。又

9、可用作檢偏器。 光強(qiáng)無(wú)變化的是自然光光強(qiáng)無(wú)變化的是自然光; 光強(qiáng)有變化光強(qiáng)有變化,但最小值不為零的是部分偏振光但最小值不為零的是部分偏振光; 光強(qiáng)有變化光強(qiáng)有變化,但最小值為零但最小值為零(消光消光)的是線偏振光。的是線偏振光。 B）檢偏振器檢偏振器偏振光偏振光變暗變暗自然光自然光不變暗不變暗I0I0/2I0/2I0自然光自然光I0/2I0/2檢偏檢偏-檢查某束光是否是偏振光；檢查某束光是否是偏振光；. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振

10、光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光

11、通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直兩偏振片的偏振化方向相互垂直 光強(qiáng)為零光強(qiáng)為零. . . .檢偏器檢偏器自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光自然光. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不

12、變. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢

13、偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變 偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)發(fā)生變化 偏振片的應(yīng)用l作為照相機(jī)的濾光鏡，可以濾掉不必要的作為照相機(jī)的濾光鏡，可以濾掉不必要的反射光。反射光。l制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。l若在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上與若在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上與 l作為許多光學(xué)儀器中的起偏和檢偏裝置。作為許多光學(xué)儀器中的起偏和檢偏裝置?？梢员苊馄嚂?huì)車時(shí)燈光的晃眼可以避免汽車會(huì)車時(shí)燈光的晃眼。地面成地面成45 角、且向同一方向傾斜的偏振片，角、且向同一方向傾斜的偏

14、振片，未加偏振片時(shí)未加偏振片時(shí)拍攝的櫥窗拍攝的櫥窗加偏振片時(shí)加偏振片時(shí)拍攝的櫥窗拍攝的櫥窗I=(Eocos )2 = Iocos2 馬呂斯指出馬呂斯指出,強(qiáng)度為強(qiáng)度為Io的線偏振光的線偏振光,透過(guò)檢偏片后透過(guò)檢偏片后,透射光的強(qiáng)度透射光的強(qiáng)度(不考慮吸收不考慮吸收)為為 EoIo= Eo2Eocos I=Iocos2 (9-1)式中式中, 是入射線偏振光的光振動(dòng)方向和偏振片偏振化是入射線偏振光的光振動(dòng)方向和偏振片偏振化方向之間的夾角。上式稱為方向之間的夾角。上式稱為馬呂斯定律馬呂斯定律。 證明如下：證明如下：2.馬呂斯定律馬呂斯定律 例題例題9-1 自然光連續(xù)通過(guò)兩個(gè)疊在一起的偏振片自然光連續(xù)

15、通過(guò)兩個(gè)疊在一起的偏振片后，透射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的四分之一，求兩個(gè)偏振片后，透射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的四分之一，求兩個(gè)偏振片偏振化方向之間的夾角。偏振化方向之間的夾角。解解 設(shè)兩偏振片偏振化方向間的夾角為設(shè)兩偏振片偏振化方向間的夾角為 ，于是，于是oI21 2cos)21(oIooIII41cos212 由由解得：解得： =45(or 135)。 自然光自然光Io 例題例題9-2 強(qiáng)度為強(qiáng)度為Io自然光連續(xù)通過(guò)三個(gè)疊在一起自然光連續(xù)通過(guò)三個(gè)疊在一起的偏振片的偏振片A、B、C，A C，求最大求最大透射光強(qiáng)。透射光強(qiáng)。 解解 設(shè)偏振片設(shè)偏振片A、B偏振化方向間的夾角為偏振化方向間的夾角為 ，有，有)90(

16、cos)cos21(22 oI透射光強(qiáng)為透射光強(qiáng)為 22sin)cos21(oII 2sin812oI可見(jiàn)可見(jiàn)最大最大透射光強(qiáng)為透射光強(qiáng)為omaxII81 oI21 2)cos21(oI ABC自然光自然光Io 解解 透射光強(qiáng)透射光強(qiáng): p2 p1 EA 例題例題9-3 由兩個(gè)偏振片由兩個(gè)偏振片(其偏振化方向分別為其偏振化方向分別為p1和和p2)疊在一起疊在一起, p1與與p2的夾角為的夾角為 。一束線偏振光垂直入一束線偏振光垂直入射在偏振片上。已知入射光的光矢量振動(dòng)方向射在偏振片上。已知入射光的光矢量振動(dòng)方向E與與p2的的夾角為夾角為A(銳角銳角), A角保持不變角保持不變,如圖?，F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)如圖

17、?，F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)p1，但，但保保持持p1與與E、 p2的夾角都不超過(guò)的夾角都不超過(guò)A(即即p1夾在夾在E和和 p2之間之間)。求求 等于何值時(shí)出射等于何值時(shí)出射光強(qiáng)為極值。光強(qiáng)為極值。)(cos2 AIIo)cos()cos(coscos2 2)2cos(cos4 AAIo 2cos2)2cos(cos4 AAIIo0)2sin()2cos(cos AAAIddIo因因A為銳角為銳角, 且且 A, 顯然顯然 A -2 A0)2cos(cos AA所以所以 p2 p1 EA 極值條件極值條件:,A0)2sin( 由由2A 得得顯然此時(shí)顯然此時(shí)I有極大值有極大值:21cos4 AIIo2cos4AIo 例

18、題例題9-4 一束光是自然光和線偏振光的混合。當(dāng)一束光是自然光和線偏振光的混合。當(dāng)它通過(guò)一偏振片后，測(cè)得最大透射光強(qiáng)是最小透射光它通過(guò)一偏振片后，測(cè)得最大透射光強(qiáng)是最小透射光強(qiáng)的強(qiáng)的5倍，求入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比。倍，求入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比。 解解 設(shè)入射光中自然光的光強(qiáng)為設(shè)入射光中自然光的光強(qiáng)為I1，線偏振光的光線偏振光的光強(qiáng)為強(qiáng)為I2，則透射光強(qiáng)則透射光強(qiáng),2121maxIII 1min21II ,21512minmaxIIII 212 II即入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比為即入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比為1:2?？諝饪諝鈏1ni玻璃玻璃2n 反射光反射

19、光 部分部分偏振光，偏振光，垂直于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng)平行于入射面的振動(dòng) .折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的偏振光，平行于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng)振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng) .9-3 反射和折射時(shí)光的偏振反射和折射時(shí)光的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特定律（1815年）年）反射光為完全偏振光，且振動(dòng)面垂直入射面，折射光反射光為完全偏振光，且振動(dòng)面垂直入射面，折射光為部分偏振光此時(shí)反射光線和折射光線垂直。為部分偏振光此時(shí)反射光線和折射光線垂直。120nntgi 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，0i0i1n玻璃玻璃2n空氣空氣0i起偏振角起

20、偏振角(布儒斯特角布儒斯特角)120nnsinisin 00120icosisinnntgi sinicos0 20i(1)(1)當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)反射光和折射當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)反射光和折射光互相垂直光互相垂直 . .證明：證明：0i0i1n玻璃玻璃2n空氣空氣折射定律折射定律布儒斯特定律布儒斯特定律兩式比較：兩式比較：)2cos( 布儒斯特角不同于全反射的臨界角。布儒斯特角不同于全反射的臨界角。 當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng) 時(shí)，反射光才是線偏振光。且時(shí)，反射光才是線偏振光。且n1n2或或n1n2才會(huì)發(fā)生全反射。才會(huì)發(fā)生全反射。n1n2rio0i0i1n1空氣空氣玻璃玻璃2n2 1n 例：例：一

21、自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角儒斯特角 , ,問(wèn)在界面問(wèn)在界面2 2的反射光是什么光的反射光是什么光( (作圖作圖) )？0i120nntgi ctg 12nntg1 對(duì)于界面對(duì)于界面2則有：則有：21nntg 滿足布儒斯特定律滿足布儒斯特定律)2(tg ( (接近線偏振光接近線偏振光) )i0玻璃片堆玻璃片堆 注意：注意：一次起偏垂直入射面的振動(dòng)僅很小部分被反射，一次起偏垂直入射面的振動(dòng)僅很小部分被反射，所以所以反射偏振光很弱反射偏振光很弱要要利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光最后獲得兩束振動(dòng)面互相垂直的線偏振光最后獲

22、得兩束振動(dòng)面互相垂直的線偏振光討論：討論：討論光線的反射和折射討論光線的反射和折射( (起偏角起偏角 )0i0i0i0iiii 例題例題 填空：填空： (1)平行光以平行光以60o的入射角由空氣射向一平板玻璃，的入射角由空氣射向一平板玻璃， 發(fā)現(xiàn)反射光是完全偏振光發(fā)現(xiàn)反射光是完全偏振光, 則折射光的折射角為則折射光的折射角為 。玻璃的折射率為玻璃的折射率為 。 (2) 某透明媒質(zhì)對(duì)空氣全反射的臨介角為某透明媒質(zhì)對(duì)空氣全反射的臨介角為45o , 則光則光從空氣射向該媒質(zhì)時(shí)的從空氣射向該媒質(zhì)時(shí)的布儒斯特角布儒斯特角為為 。因因 io+r =90o，所以折射角所以折射角r =30o。又又玻玻nnnt

23、g 1236030o7313. ,nnnsin媒媒1214512 212 媒媒nnntgio所以所以 io =tg-17542. 54.7o9-4 9-4 光在晶體中的雙折射光在晶體中的雙折射 有些透明媒質(zhì)有些透明媒質(zhì),如玻璃、水、肥皂液等如玻璃、水、肥皂液等,不論光沿哪不論光沿哪個(gè)方向個(gè)方向,傳播速度都是相同的傳播速度都是相同的,媒質(zhì)只有一個(gè)折射率媒質(zhì)只有一個(gè)折射率,這這樣的媒質(zhì)稱為樣的媒質(zhì)稱為。同時(shí)還存在另一類同時(shí)還存在另一類媒質(zhì)媒質(zhì),主要是透明晶體物質(zhì)主要是透明晶體物質(zhì),如方解石如方解石(化學(xué)成分是化學(xué)成分是CaCO3)、石英、云母、硫磺等石英、云母、硫磺等,光在其中傳播時(shí)光在其中傳播時(shí)

24、,沿著沿著不同方向有不同的傳播速率不同方向有不同的傳播速率,這樣的媒質(zhì)稱為這樣的媒質(zhì)稱為。光在晶體中的雙折射現(xiàn)象就是光在晶體中的雙折射現(xiàn)象就是。 一一.雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)(如方解石如方解石)后產(chǎn)生兩條后產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象，稱為折射光線的現(xiàn)象，稱為。圖 晶體中的雙折射現(xiàn)象晶體中的雙折射現(xiàn)象方解石方解石 二二.o光和光和 e光光 兩條折射光線中有一條遵守通常的折射定律兩條折射光線中有一條遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr ,折射光線在入射面內(nèi)折射光線在入射面內(nèi)),這條光線稱為這條光線稱為尋常光線尋常光線(ordinary ray

25、s),簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱o光。光。 另一條光線不遵守通常的折射定律另一條光線不遵守通常的折射定律,它不一定在它不一定在入射面內(nèi)入射面內(nèi),這條光線稱為非常光線這條光線稱為非常光線(extraordinary rays),簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱e光。光。(1)o光和光和e光都是線偏振光光都是線偏振光,振動(dòng)方向相互垂直。振動(dòng)方向相互垂直。方解石方解石oeoe方解石方解石 圖 (2)產(chǎn)生雙折射的原因產(chǎn)生雙折射的原因: o光和光和e光的傳播速度不同。光的傳播速度不同。 o光在光在晶體中晶體中各個(gè)方向的傳播速度相同，因而折射各個(gè)方向的傳播速度相同，因而折射率率no=c/ o=恒量。恒量。 e光在光在晶體中的晶體中的傳播速度傳播速

26、度 e隨方向變化，隨方向變化，因而折射因而折射率率ne=c/ e是變量，隨方向變化。是變量，隨方向變化。 由于由于o光和光和e光的光的折射率不同，故產(chǎn)生雙折射。折射率不同，故產(chǎn)生雙折射。光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體三三. 光在晶體中的傳播光在晶體中的傳播, , 雙折射雙折射光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射

27、射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光 光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體三三.光軸光軸 主截面主截面 主平面主平面 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在晶體內(nèi)部存在著某些特殊的方向在晶體內(nèi)部存在著某些特殊的方向,光光沿著這些特殊方向傳播時(shí)沿著這些特殊方向傳播時(shí),不發(fā)生雙折射現(xiàn)象不發(fā)生雙折射現(xiàn)象,這個(gè)特這個(gè)特殊方向稱為殊方向稱為光軸光軸。應(yīng)該注意應(yīng)該注意,光軸僅標(biāo)志一定的方向光軸僅標(biāo)志一定的方向,并不限于某一特殊的直線。并不限于某一特殊的直線。 只有一個(gè)光軸的晶體只有一個(gè)光軸的晶體,稱為單軸晶體稱為單軸晶體,如方解石、如方解石、石英、紅寶石等。有兩個(gè)光石英、紅寶石等。有兩個(gè)光軸的晶體稱為雙軸晶體軸的晶體稱為雙軸晶體,如如云母、硫磺、藍(lán)寶石等。云母、硫磺、藍(lán)寶石等。 由光軸與該晶面的法線由光軸與該晶面的法線所組成的平面所組成的平面,叫做該晶體叫做該晶體的的主截面主截面。102o方解石方解石圖19-16 光軸光軸 某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面叫做某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面叫做該光線的該光線的主平面主平面。 當(dāng)光線在晶當(dāng)光線在晶體的主截面內(nèi)入體的主截面內(nèi)入射時(shí)射時(shí), 主截面、主截面、o光和光和e光的主平面光的主