光的偏振53光學(xué)教程第四版姚啟鈞高等教育出版社課件

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§5.3單軸晶體的雙折射現(xiàn)象當(dāng)一束光射到各向同性介質(zhì)的表面上時(shí)，它將按折射定律沿某一方向折射，折射光只有一束光,然而，如果光射到各向異性的介質(zhì)（如方解石）的表面上時(shí)折射光常常分成兩束，并各自沿不同的方向傳播。這種現(xiàn)象稱為。5.3.1雙折射現(xiàn)象（DoubleRefraction）

雙折射雙折雙折方解石晶體尋常光(o光ordinary)：遵守折射定律非常光(e光extraordinary)：不遵守折射定律3

方解石晶體，又稱冰洲石（

CaCO3）晶體的截面單色自然光通過這種晶體用眼睛觀察一個(gè)發(fā)光點(diǎn)時(shí)，可以同時(shí)看到兩個(gè)像點(diǎn)。例如：在白紙上寫一個(gè)字，將一塊方解石放在其上來觀察，將會(huì)看到兩個(gè)字，并且浮起的高度不同。5

·

·

·

方解石o

e

e

o

·

·

·

一束平行光垂直入射到方解石表面上時(shí)，一束折射光仍沿原來的方向在晶體內(nèi)傳播，這束光遵守折射定律，稱為尋常光，簡稱

O光。另一束光在晶體內(nèi)偏離了原來的傳播方向，對(duì)于這束光，入射角等于零，折射角不等于零，這顯然是違背折射定律的這束光稱為非常光，簡稱

e光。。晶體繞入射光線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)

e光繞

o光轉(zhuǎn)動(dòng)。6

若用偏振片檢驗(yàn)，透射的兩束光，發(fā)現(xiàn)二者都是線偏振光，且振振方向互相垂直。

由此可見，利用雙折射現(xiàn)象也可以獲得線偏振光。

應(yīng)該注意：尋常光與非常光僅僅是指光在各向異性晶體界面折射時(shí)是否符合折射定律，它們只在晶體內(nèi)部才有意義，射出后就沒有

o光和

e光之分了。

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光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)。雙折射紙面方解石晶體9

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)10

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)11

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)13

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)14

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)15

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)17

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)18

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)19

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)21

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)22

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)23

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)25

光光雙折射紙面方解石晶體當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)26

5.3.2光軸、主平面與主截面晶體中有一個(gè)方向，光沿這個(gè)方向傳播不發(fā)生雙折射，這個(gè)方向叫做光軸。(也叫晶軸)天然方解石晶體是一六面棱體，每一面都是菱形，大角約為1020

，小角約為780.780

1020

光軸六面體中有兩個(gè)相對(duì)的分別由三個(gè)鈍角圍成的頂角，連接這兩個(gè)頂角，與連線平行的方向既是方解石光軸的方向。29

定義：晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面稱為晶體的主截面。

自然光通過方解石晶體后，出射的

o光和

e光為相互垂直的線偏振光。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，

o光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面，

e光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面，或者說，

e光在自己的主平面內(nèi)振動(dòng)。30

這樣

o光的振動(dòng)方向就是垂直于光軸，而

e光的振動(dòng)方向與光軸的夾角就隨著傳播方向的不同而改變。晶體的截面單色自然光oe5.3.3O光和e光的相對(duì)光強(qiáng)當(dāng)自然光垂直入射到單軸晶體上時(shí)，自然光進(jìn)入晶體后分解為振動(dòng)方向垂直于主截面的尋常光和振動(dòng)方向平行于主截面的非常光，這是兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直，完全獨(dú)立的振動(dòng)。假如晶體完全不吸收光的能量，則

o光和

e光從晶體出射后具有相同的強(qiáng)度，它們都為自然光強(qiáng)度的一半。31

如果一束振幅為一的線偏振光垂直入射到方解石晶體表面上，進(jìn)入晶體后的振幅為A′，且晶體的光軸在入射面內(nèi)（光在主截面內(nèi)傳播），設(shè)入射線偏振光的振動(dòng)面與晶體主截面的夾角為。主截面在晶體內(nèi)它可以分解為振動(dòng)垂直于主截面的

o光和在主截面振動(dòng)的

e光它們的振幅分別為：32

在晶體內(nèi)

o光和

e光的光強(qiáng)為：光強(qiáng)表示式：為

e光傳播方向與光軸的夾角。相對(duì)光強(qiáng)為：33

當(dāng)光線從晶體中射出后，就沒有

o光和

e光之分了它們對(duì)應(yīng)的振幅和光強(qiáng)分別為：它們的相對(duì)光強(qiáng)為：由于大部分的情況下，討論的都是

o光和

e光從晶體射出后的光強(qiáng)，因此不必考慮晶體的折射率。34

入射光強(qiáng)和出射光強(qiáng)之間的關(guān)系為：當(dāng)＝

0或時(shí)，只有一束光（

e光）射出。當(dāng)

＝/2時(shí)，也只有一束光（

o光）射出。當(dāng)為其他值時(shí)，一般情況下，此時(shí)有兩束光同時(shí)射出。35

例題

5.4P225：強(qiáng)度為I的自然光，垂直入射到方解石晶體上后又垂直入射到另一塊完全相同的晶體上.兩塊晶體的主截面之間的夾角為。試求當(dāng)分別等于

30o和

180o

時(shí)，最后透射出來的光束相對(duì)強(qiáng)度（不考慮反射,吸收等損失）。解：自然光垂直入射到第一塊晶體后，被分解為

o光和

e光，由于光軸與晶體的表面既不平行又不垂直，故

o光和

e光的傳播方向不同從第一塊晶體出射后成為垂直于晶體表面的兩束光。晶體的截面單色自然光oe其強(qiáng)度為：36

當(dāng)

＝

30o

時(shí)，這兩束光射入第二塊晶體后，又分別分解成

o光和

e光，其傳播方向也要繼續(xù)分離，最后的透射光將有四束如圖。它們的強(qiáng)度分別為：P1

P2

晶體的截面1單色自然光晶體的截面2eoeeoooeoeoe37

當(dāng)

＝

180o

時(shí)，第一塊晶體中的

o光在第二塊晶體中仍為

o光，第一塊晶體中的

e光在第二塊晶體