晶體的自然雙折射

晶體的自然雙折射

§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。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。

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）象折射現(xiàn)o光方解石晶體CaCO3雙e光紙面折射現(xiàn)光光

雙折射紙面方解石晶體e

o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)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3.晶體的光軸(opticalaxis)：當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)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(gè)光軸的晶體雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體方解石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(duì)約102的鈍角一對(duì)約78的銳角沿解理面截取的等棱長(zhǎng)的方解石菱塊菱體的四對(duì)頂點(diǎn)中只有一對(duì)頂點(diǎn)是由三個(gè)鈍角面會(huì)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(duì)約102的鈍角一對(duì)約78的銳角AB2107821078菱體的四對(duì)頂點(diǎn)中只有一對(duì)頂點(diǎn)是由三個(gè)鈍角面會(huì)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(zhǎng)的方解石菱塊CCCCCC通過(guò)A或B，并與三個(gè)會(huì)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(duì)于嚴(yán)格等棱長(zhǎng)的方解石菱體，即AB連線方向）與此平行通過(guò)晶體的直線都是光軸方向，常用CC表示續(xù)上方解石AB2107821078沿解理面截取的等棱長(zhǎng)的方解石菱塊通過(guò)或，并與三個(gè)鈍角會(huì)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(guò)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(wú)雙折射現(xiàn)象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(dòng)方向垂直于o光的主平面；e光的振動(dòng)方向平行于e光的主平面。主平面：包含晶體光軸和光線的平面。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(dòng)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o

t光軸光軸ve

tvo

to光:e光:

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

tve

t光軸

負(fù)晶體(vo<ve)

子波源子波源vo

tve

t光軸

正晶體

(vo>ve)

(

e<

o)(

e>

o)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(dòng)到達(dá)的各個(gè)點(diǎn)都可以看作是新的波源，向各個(gè)方向發(fā)出子波。在任一時(shí)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)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(méi)分開(kāi)，但速度上是分開(kāi)的。產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。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

········

oΔt

eΔteo

ecΔt在此特殊情況下，o光、e光均滿足折射定律。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(shí)e光的波面不再與其波射線垂直了

§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

通過(guò)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(dòng)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(shí)為圓偏振光

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2.二分之一波片使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)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(dòng)方向相互垂直，但它們之間無(wú)固定的位相差，這樣的光不能合成橢圓偏振光。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(dòng)）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(dòng)）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(zhǎng)軸或短軸放置線偏振光I變,無(wú)消光1)各種光通過(guò)檢偏器后強(qiáng)度的變化：X,(p)A1yA2X,(p)yX,(p)Axy透光軸與橢圓長(zhǎng)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(guò)檢偏器后強(qiáng)度的變化結(jié)論:若入射光是橢圓偏振光，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器的透光方向時(shí)，透射光的強(qiáng)度將在極大值及極小值之間變化，但無(wú)消光。部分偏振光亦如此。2）各種偏振光經(jīng)過(guò)1/4波片后的偏振狀態(tài)B)若入射光是圓偏振光，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器的透光方向時(shí)，透射光的強(qiáng)度不變。自然光亦如此。入射線偏振光分解為：e軸或o軸與偏振方向成45o角時(shí)，透射光為圓偏振光；e軸或o軸與偏振方向一致時(shí)，透射光為線偏振光；e軸或o軸與偏振方向其他位置時(shí)，透射光為橢圓偏振光。45oeoAeAoA45oeAooAeeoAoAeA)線偏振光通過(guò)1/4波片：B)橢圓偏振光通過(guò)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(guò)1/4波片是線偏振光。D)自然光，部分偏振光經(jīng)過(guò)1/4波片后仍是自然光和部分偏振光。各種偏振光經(jīng)過(guò)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一步第二步令入射光通過(guò)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(wú)消失自然光強(qiáng)度無(wú)變化自然光或圓偏振光a.令入射光依次通過(guò)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(wú)消失橢圓偏振光部分偏振光強(qiáng)度有變化，但無(wú)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。

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(shù)膠

(n=1.55)oe吸收涂層i光軸的取向使o光、e光對(duì)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§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Nicolprism2．渥拉斯頓棱鏡兩塊直角方解石光軸相互垂直，如圖：光從光密到光疏折射光要偏離法線ABD??eOCO????e?

光從光疏到光密折射光要靠近法線CeOABD

C??OABD

e?Problem:在DCB中e光是否滿足折射定律？??eOC????oABD

??eOC????oABD

··3.格蘭偏光棱鏡方解石臨界角：特點(diǎn)：調(diào)整光路方便二、晶體二向色性產(chǎn)生線偏振光的元件某些晶體對(duì)o光和e光的