光學(xué)教學(xué)課件之九光在晶體中的傳播

1、制作者： 贛南師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院： 王形華 光在晶體中的傳播(4) 旋光1 5、旋光一、石英的旋光現(xiàn)象1、在普通的單軸晶體（如冰洲石）內(nèi)，垂直于光軸方向切割出一塊平行平面晶片；2、取兩塊偏振片I和，其透振方向?yàn)镻1和P2 ,且將平行平面晶片插入正交偏振片I和之間（P1P2 ），并且三個(gè)的平面平行；3、用一束自然光正射到偏振片I ，則在偏振片后面，出現(xiàn)消光現(xiàn)象。這表明線偏振光經(jīng)過此晶片后偏振狀態(tài)不發(fā)生任何變化。（見圖5-1）234、在上述實(shí)驗(yàn)中，用石英來代替冰洲石，則在偏振片之后，看去視場(chǎng)變亮了，若將偏振片的透振方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度時(shí)，又變消光。5、實(shí)驗(yàn)表明:從石英晶體透射出來的光

2、仍是線偏振光，但其振動(dòng)面各向左或向右旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，此稱為旋光現(xiàn)象。 （見圖52）456、旋光率: 實(shí)驗(yàn)表明，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)角度與石英晶片的厚度d成正比。 = d 比例系數(shù)叫做石英的旋光率， 的數(shù)值因入射光的波長(zhǎng)不同而不同。在白光的照射下，不同顏色的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度不同。6 與的關(guān)系見下表：77、旋光色散 由于各種不同顏色的光的旋轉(zhuǎn)角不同，旋轉(zhuǎn)偏振片不能同時(shí)消光，在偏振片后面觀察到的將是色彩的變化，此現(xiàn)象稱為旋光色散。8、實(shí)驗(yàn)表明，石英晶體有左旋和右旋兩種晶體，其與石英的結(jié)構(gòu)有關(guān)，它們的外形完全相似，只是一種是另一種的鏡像反演。兩種晶體使振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的方向相反。（見圖5-3）89二、菲涅耳對(duì)旋光現(xiàn)象

3、的解釋1、兩個(gè)同頻率振幅相等的簡(jiǎn)諧振動(dòng)可以合為一個(gè)圓的運(yùn)動(dòng)或者反過來說，一個(gè)圓運(yùn)動(dòng)可以分解為一對(duì)相互垂直的同頻率同振幅的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2、一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)上的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，可以分解為一對(duì)圓的運(yùn)動(dòng)。3、菲涅耳認(rèn)為線偏振光可以分解為一對(duì)左、右旋圓偏振光，左、右旋圓偏振光可以合成為線偏振光。（見圖5-4）10115、旋光性的解釋 左旋圓偏振光L光，右旋圓偏振光R光，對(duì)于石英，vL與vR略有不同，其通過石英晶片后位相變化為: L= 2 nLd / R= 2 nR d / 圓偏振光的位相即旋轉(zhuǎn)電矢量的角位移，位相滯后即角度倒轉(zhuǎn)。 （見圖5-5）1213 由于L與R不同，它們合成為線偏振光，其偏振方向相對(duì)于原來轉(zhuǎn)過了

4、一個(gè)角度即產(chǎn)生了旋光現(xiàn)象. =(R L) /2=(nRnL)d/ nR nL 0 晶體是左旋的 nR nL 0 晶體是右旋的146、菲涅耳石英晶體旋光驗(yàn)正實(shí)驗(yàn)（1）、起初菲涅耳用單個(gè)石英晶體來觀察， 由于nR與nL的差別太小，未能獲得成功。（2）、用左、右旋石英晶體制成棱鏡交替排列起來，構(gòu)成復(fù)合棱鏡，結(jié)果能較好的觀察到左旋光和右旋光。（見圖5-6） 其原因分析作為思考題，留給同學(xué)們課后思考。（Note: 比較nR 、 nL，利用折射定律去分析。）1516三、旋光晶體內(nèi)的波面 1、負(fù)晶體與正晶體（復(fù)習(xí)） 負(fù)晶體（冰洲石）: ve v0 no ne（內(nèi)切球） 正晶體（石英）: ve v0 none

5、 （外切球） （見圖16）172、作為旋光物質(zhì)的石英正晶體具有新的特點(diǎn)（1）兩層波面（L光和R光）在與光軸交點(diǎn)處并不相切。（2）只有垂直于光軸傳播時(shí)兩光線（R光、L光）才是線偏振光,即前述的O光和E光；沿光軸傳播，它們分別是左、右旋圓偏振光，即L光和R光。（3）當(dāng)光線沿任意傾斜方向傳播時(shí)，兩光線都是橢圓偏振光。（4）L光、R光由圓偏振光向線偏振光是一個(gè)逐步轉(zhuǎn)化的過程:見圖5-7（右旋石英晶體）18光軸R光波面R光波面19 a b c d圓偏振光橢圓偏振光線偏振光（e光、o光） 其中：R光是快光，L光是慢光. 對(duì)于左旋石英晶體，正好相反，L光是快光，R光是慢光203、如前所分析可得： 若將石英晶體切成垂直于光軸的晶片，它具有旋光線，切成平行于光軸的晶片，它與普通無旋光晶體一樣，可以制成等位相延時(shí)片。如果傾斜切割，則可獲得橢圓偏振的雙折射（存在L光和R光，即旋光現(xiàn)象）。四、旋光現(xiàn)象的應(yīng)用 量糖術(shù)與磁致旋光（略）21小結(jié)： 本節(jié)對(duì)旋光現(xiàn)象作了簡(jiǎn)單介紹，其理論基礎(chǔ)是線偏振光可以看成是一對(duì)同頻率、同幅度、旋