晶體的自然雙折射

晶體的自然雙折射第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

§9.2光在晶體中的傳播,雙折射一、雙折射的概念1.雙折射現(xiàn)象n1n2irore(各向異性媒質(zhì))

自然光o光e光光學(xué)性質(zhì)隨方向而異的晶體o光和e光在晶體中具有不同的傳播速度。

o光在晶體中各方向的傳播速度都相同；

e光在晶體中的傳播速度隨方向而改變。第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月Polarizedlightproducedbydoublerefraction：雙折射(doublerefraction)：一束入射光經(jīng)各向異性介質(zhì)，常有分解為兩束折射光的現(xiàn)象，稱雙折射。

第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.尋常光（o光)和非尋常光（e光）（都是線偏振光）o光:遵從折射定律e光:一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。（ordinaryray）(extraordinaryray）第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月象折射現(xiàn)o光方解石晶體CaCO3雙e光紙面折射現(xiàn)第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光

雙折射紙面方解石晶體eo當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3.晶體的光軸(opticalaxis)：當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如，方解石晶體AB光軸102°

光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個光軸的晶體雙軸晶體：有兩個光軸的晶體第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月方解石AB2107821078方解石碳酸鈣晶體結(jié)構(gòu)：形狀為平行六面體各晶面為菱形一對約102的鈍角一對約78的銳角沿解理面截取的等棱長的方解石菱塊菱體的四對頂點(diǎn)中只有一對頂點(diǎn)是由三個鈍角面會合而成（圖中、）AB2107878210210782107878210210787878210210210782107821078點(diǎn)擊鼠標(biāo)，步進(jìn)顯示各側(cè)面鈍、銳角關(guān)系第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月方解石的光軸方解石碳酸鈣晶體結(jié)構(gòu)：形狀為平行六面體各晶面為菱形一對約102的鈍角一對約78的銳角AB2107821078菱體的四對頂點(diǎn)中只有一對頂點(diǎn)是由三個鈍角面會合而成（圖中、）AB點(diǎn)擊鼠標(biāo)，步進(jìn)顯示各側(cè)面鈍、銳角關(guān)系沿解理面截取的等棱長的方解石菱塊CCCCCC通過A或B，并與三個會合鈍角的界面成等角的直線方向，就是方解石晶體的光軸方向（對于嚴(yán)格等棱長的方解石菱體，即AB連線方向）與此平行通過晶體的直線都是光軸方向，常用CC表示第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月續(xù)上方解石AB2107821078沿解理面截取的等棱長的方解石菱塊通過或，并與三個鈍角會合界面成等角的直線方向，就是方解石晶體的光軸方向。AB與此方向平行通過方解石的一切直線都是方解石晶體的光軸方向用表示CCCC若磨平頂點(diǎn)，AB沿光軸方向入射一細(xì)光束，晶體中o光和e光的傳播方向和速度大小相同無雙折射現(xiàn)象第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4.主平面和主截面主平面：晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····o光的振動方向垂直于o光的主平面；e光的振動方向平行于e光的主平面。第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月主平面：包含晶體光軸和光線的平面。第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月主截面：晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。二.晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同，沿晶體光軸方向o光和e光的傳播速度相同?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁot光軸光軸vetvot第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月o光:e光:

n0，ne稱為晶體的主折射率正晶體:ne>no負(fù)晶體:ne<novotvet光軸

負(fù)晶體(vo<ve)子波源子波源votvet光軸

正晶體

(vo>ve)(e<o)(e>o)第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三.平面波在單軸晶體內(nèi)的傳播：

惠更斯原理：媒質(zhì)中波動到達(dá)的各個點(diǎn)都可以看作是新的波源，向各個方向發(fā)出子波。在任一時刻這些子波的包跡就是新的波陣面。單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法(e>o)第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.光軸平行晶體表面，自然光垂直入射····

eoeo光軸晶體····

o光和e光在方向上雖沒分開，但速度上是分開的。產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.光軸平行晶體表面，且垂直入射面，自然光斜入射····晶體光軸ir0reo

········oΔteΔteo

ecΔt在此特殊情況下，o光、e光均滿足折射定律。第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3.光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射······o

e晶體光軸····

e方解石光軸······o

eo此時e光的波面不再與其波射線垂直了第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

§9.3圓和橢圓偏振光一、晶(波)片─相位延遲片晶片是光軸平行表面的晶體薄片。ydxAAoAe線偏振光光軸λAAoAe光軸P第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

通過厚為d的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：

振幅關(guān)系從晶片出射的是兩束傳播方向相同、振動方向相互垂直、頻率相等、相位差的線偏振光，它們合成為一束橢圓偏振光。時為圓偏振光第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、

波（晶）片分類

1.四分之一波片從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）——線偏振光→圓偏振光——線偏振光→線偏振光——線偏振光→橢圓偏振光第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.二分之一波片使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過2角度A0入A0出A入A出Ae入=Ae出光軸三、橢圓與圓偏振光的檢偏用四分之一波片和偏振片P可區(qū)分出自然光和圓偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光。自然光在晶體（波片）內(nèi)產(chǎn)生的o光和e光雖然同頻率且振動方向相互垂直，但它們之間無固定的位相差，這樣的光不能合成橢圓偏振光。第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四分之一波片圓偏振光自然光自然光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光

I不變線偏振光I變,有消光以入射光方向?yàn)檩S四分之一波片橢圓偏振光部分偏振光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光I變,有消光部分偏振光光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置線偏振光I變,無消光第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1)各種光通過檢偏器后強(qiáng)度的變化：X,(p)A1yA2X,(p)yX,(p)Axy透光軸與橢圓長軸平行：透光軸與橢圓短軸平行：透光軸與橢圓主軸處于任意傾斜位置：

檢驗(yàn)偏振光自然光、部分偏振光、線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光。

A)橢圓偏振光通過檢偏器后強(qiáng)度的變化第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論:若入射光是橢圓偏振光，轉(zhuǎn)動檢偏器的透光方向時，透射光的強(qiáng)度將在極大值及極小值之間變化，但無消光。部分偏振光亦如此。2）各種偏振光經(jīng)過1/4波片后的偏振狀態(tài)B)若入射光是圓偏振光，轉(zhuǎn)動檢偏器的透光方向時，透射光的強(qiáng)度不變。自然光亦如此。第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月入射線偏振光分解為：e軸或o軸與偏振方向成45o角時，透射光為圓偏振光；e軸或o軸與偏振方向一致時，透射光為線偏振光；e軸或o軸與偏振方向其他位置時，透射光為橢圓偏振光。45oeoAeAoA45oeAooAeeoAoAeA)線偏振光通過1/4波片：第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月B)橢圓偏振光通過1/4波片：eoeoe軸或o軸與橢圓主軸方向一致，經(jīng)1/4波片后，出射光為線偏振光；e軸或o軸與橢圓主軸方向不一致，經(jīng)1/4波片后，出射光則仍為橢圓偏振光；C)圓偏振光通過1/4波片是線偏振光。D)自然光，部分偏振光經(jīng)過1/4波片后仍是自然光和部分偏振光。第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月各種偏振光經(jīng)過四分之一波片后偏振態(tài)的變化入射光片位置出射光線偏振光e或o軸與偏振方向一致線偏振e或o軸與偏振方向成45o角圓偏振其他位置橢圓偏振圓偏振光任意位置線偏振光橢圓偏振光e軸與o軸與橢圓主軸一致線偏振光其他位置橢圓偏振光第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一步第二步令入射光通過偏振片I，改變I的透振方向，觀察透射光強(qiáng)變化。觀察現(xiàn)象觀察現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論有消失線偏振光有消失圓偏振光無消失自然光強(qiáng)度無變化自然光或圓偏振光a.令入射光依次通過四分之一波片和偏振片II，改變II的透振方向P2，觀察透光強(qiáng)度變化。有消失無消失橢圓偏振光部分偏振光強(qiáng)度有變化，但無消光部分偏振光或橢圓偏振光b.四分之一波片的光軸方向必須與第一步I片產(chǎn)生強(qiáng)度極大或極小透振方向重合。第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、偏振棱鏡偏光鏡:格蘭─湯姆森棱鏡偏光分束鏡:渥拉斯頓棱鏡············光軸光軸方解石方解石加拿大樹膠

(n=1.55)oe吸收涂層i光軸的取向使o光、e光對應(yīng)的恰是no、ne

。no(1.6584)＞n(1.55)＞ne(1.4864)·12方解石方解石·······oe光軸光軸·方解石n0＞ne第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.4產(chǎn)生線偏振光的元件一、雙折射產(chǎn)生線偏振光的元件1．尼科爾棱鏡Nicolprism第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2．渥拉斯頓