光学教程 课件 第五章2

1、1象象折射现折射现双双折射现折射现 1 1、双折射现象、双折射现象方解石晶体方解石晶体纸面纸面方解石晶体方解石晶体实物照片实物照片用眼睛观看发光点，用眼睛观看发光点，会看到会看到两个像点两个像点3e e光光一、晶体的双折射现象一、晶体的双折射现象o o光光 自然光自然光 1.1.双折射：自然光垂直入射双折射：自然光垂直入射, ,进入晶体后进入晶体后, ,变为两变为两束光。束光。 o o光和光和e e光光：寻常光（寻常光（ordinaryordinary）: :仍沿原方向在晶体内传仍沿原方向在晶体内传播；播；非常光（非常光（extraordinaryextraordinary）: :在晶体内偏离

2、原在晶体内偏离原来的方向来的方向。光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体

3、旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光 光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石

4、 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体光光光光当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转双折射方解石 晶体24二、光轴、主平面与主截面二、光轴、主平面与主截面1 1、光轴、光轴 光在晶体中沿特殊方向传播时不发生光在晶体中沿特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的双折射，该方向称为晶体的光轴光轴。25单轴晶

5、体：单轴晶体：方解石方解石 、石英、红宝石。、石英、红宝石。双轴晶体：双轴晶体：云母云母、蓝宝石、黄玉。蓝宝石、黄玉。二、光轴、主平面与主截面二、光轴、主平面与主截面263、主截面主截面包括晶体光轴和界面法线的平面包括晶体光轴和界面法线的平面方解石方解石光轴光轴2、主平面、主平面eo 包含晶体光轴和给定光线的平面包含晶体光轴和给定光线的平面o 光的主平面光的主平面e光的主平面光的主平面二、光轴、主平面与主截面二、光轴、主平面与主截面主截面主截面27e 光主平面光主平面o 光主平面光主平面4 4、o o光和光和e e光的振动方向光的振动方向o光轴光轴光轴光轴eo 光振动垂直于主平面光振动垂直于主

6、平面e 光的振动在光的振动在 主平面内主平面内o o光光: :线偏振光线偏振光e e光光: :线偏振光线偏振光两光偏振方向垂直两光偏振方向垂直二、光轴、主平面与主截面二、光轴、主平面与主截面 光入射面与主截面重合，光入射面与主截面重合，o光线与光线与e e光线均在入光线均在入射面内，即：射面内，即：主平面、主截面、入射面均重合主平面、主截面、入射面均重合28三、三、 o光和光和e光的相对光强光的相对光强1 1、自然光入射发生双折射、自然光入射发生双折射设入射光强为设入射光强为I，振幅为，振幅为A2IIIoe2 2、线偏振光、线偏振光垂直垂直入射发生入射发生双折射双折射sinAAocosAAe入

7、射光的振动方向入射光的振动面晶体的主截面OOBBAAoAeOBBO29OOBBAAoAe 在晶体中在晶体中22sinAnIoo22cos)(AnIee 2tgnnIIeoeo)( 在晶体外在晶体外射出晶体后，两束光无射出晶体后，两束光无o光光e光之分光之分2tgIIeo为为e光传播方向与光轴的夹角光传播方向与光轴的夹角三、三、 o光和光和e光的相对光强光的相对光强302tgIIeo900II 00eI00IIIeo光强度最大光强度最大e光完全消失光完全消失o光完全消失光完全消失e光强度最大光强度最大扩大入射光束使两束光相互重叠，由于扩大入射光束使两束光相互重叠，由于oeIIIIeo)cos(s

8、in22无论晶体怎样转动，无论晶体怎样转动，重重叠部分光强度不变叠部分光强度不变三、三、 o光和光和e光的相对光强光的相对光强OBBAAoAe31eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面32eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面33eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面34o晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光

9、的相对光强不断变化eOO入射光振动面晶体主截面35o晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化eOO入射光振动面晶体主截面36o晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化eOO入射光振动面晶体主截面37eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面38eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面39eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转

10、时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面40eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面41eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面42o晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化eOO入射光振动面晶体主截面43eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面44o晶体绕入射光方

11、向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化eOO入射光振动面晶体主截面45eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面46o晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化eOO入射光振动面晶体主截面47eo晶体绕入射光方向旋转时晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化两束光的相对光强不断变化OO入射光振动面晶体主截面48 e e光光o o光光 OoeOOOeoO4950一、晶体微观结构的各向异性：一、晶体微观结构的各向异性：分子为

12、各向异性的振子，三个振动方向的振动分子为各向异性的振子，三个振动方向的振动固有固有频率频率为：为：123各向异性的各向异性的振子的三个振子的三个振动方向振动方向单轴晶体单轴晶体振子的振动方向为两个，振子的振动方向为两个，设设 1,2=3/光轴方向光轴方向-1光轴方向光轴方向- 251cA1A2A3vo晶体晶体光轴光轴发光点发光点 c过过 c 点晶点晶体主截面体主截面1、振动方向、振动方向主截面主截面（o光）光）光振动方向光振动方向光轴，位光轴，位相与相与2 2有关，沿各方向有关，沿各方向有相同的传播速度有相同的传播速度v vo o其波面为以其波面为以C为球心的球面为球心的球面一、晶体微观结构的

13、各向异性：一、晶体微观结构的各向异性：52cA3A1A2vove2、振动方向平行于主截面、振动方向平行于主截面（e光）光）CA1：振动方向：振动方向光轴，光轴，受迫振动位受迫振动位相与相与2有关，传播速度为有关，传播速度为 voCA2：振动方向：振动方向光轴，光轴，受迫振动位受迫振动位相与相与1有关，传播速度为有关，传播速度为 veCA3：振动方向：振动方向与与光轴成一夹角，光轴成一夹角，传播速度介于传播速度介于 vo和和ve之间之间其波面为以光轴为轴的旋转椭球面其波面为以光轴为轴的旋转椭球面一、晶体微观结构的各向异性：一、晶体微观结构的各向异性：53二、正晶体和负晶体二、正晶体和负晶体负晶体

14、（负晶体（方解石）方解石）eovvoenn 正晶体（正晶体（石英石英）oevv oenn 对于钠黄光，方解石晶体的折射率：对于钠黄光，方解石晶体的折射率：1.658oocnv1.486eecnv石英晶体的折射率石英晶体的折射率:1.54,oocnv1.55.eecnv正晶体负晶体光轴光轴54yz光轴光轴xye2.负晶波面图负晶波面图Otvotveeotvetvo 光轴光轴二、正晶体和负晶体二、正晶体和负晶体e光波面图是长轴为光波面图是长轴为vet, 短轴为短轴为vot, 在光轴在光轴方向上外切球面的椭球面方向上外切球面的椭球面.55eyz光轴光轴xyeo3.正晶的波面图正晶的波面图tvetvo

15、tve 光轴光轴tvoe光波面图是长轴为光波面图是长轴为vot, 短轴为短轴为vet, 在光轴在光轴方向上内切球面的椭球面方向上内切球面的椭球面.二、正晶体和负晶体二、正晶体和负晶体56o o光和光和e e光的折射率光的折射率(1) (1) 沿光轴方向传播的沿光轴方向传播的o o光或光或e e光，传播速度相同，光，传播速度相同，不发生双折射。不发生双折射。 (2)o(2)o光光 ：oovcn 各向一样各向一样 e(3)e(3)e光：各方向速度不同，折射光：各方向速度不同，折射率不同率不同, e, e光有无数个折射率。光有无数个折射率。e e ee e光的主折射率光的主折射率: :光沿垂直光光沿

16、垂直光轴方向传播时轴方向传播时eevcn 二、正晶体和负晶体二、正晶体和负晶体yz光轴光轴etvotve5758、n1n21、用惠更斯原理确定折射光的传播方向、用惠更斯原理确定折射光的传播方向. 一、单轴晶体内一、单轴晶体内o o光与光与e e光的传播方向光的传播方向59空气空气晶体晶体（1 1）光轴平行于入射面）光轴平行于入射面. .方解石方解石( (负）负）486. 1en658. 1on.486. 1658. 1eooennvv光轴光轴ABDeeoo2.用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向 一、单轴晶体内一、单轴晶体内o o光与光与e e光的传播方

17、向光的传播方向60(2)(2)光轴垂直于入射面光轴垂直于入射面, ,石英石英( (正正) ),55. 1en,54. 1on.55. 154. 1eooennvv空气空气晶体晶体光轴光轴ABDooeeOE 一、单轴晶体内一、单轴晶体内o o光与光与e e光的传播方向光的传播方向61a a 光轴平行于入射面光轴平行于入射面, ,垂直于晶体表面垂直于晶体表面空气空气方解石方解石n1n0、neAAo（e）光光光轴方向光轴方向o光光e光传播方向相同，不发生双折射，光传播方向相同，不发生双折射，传播速传播速度相同度相同 一、单轴晶体内一、单轴晶体内o o光与光与e e光的传播方向光的传播方向62b b

18、光轴平行于入射面光轴平行于入射面, ,平行于晶体表面平行于晶体表面空气空气方解石方解石n1n0、ne光轴方向光轴方向AAo光光e光传播方向相同，但光传播方向相同，但传播速度不同传播速度不同o光e光光 一、单轴晶体内一、单轴晶体内o o光与光与e e光的传播方向光的传播方向63空气空气石英石英光轴光轴ooee C C 光轴垂直于入射面光轴垂直于入射面, ,平行于晶体表面平行于晶体表面, ,o光光e光传播方向相同，但光传播方向相同，但传播速度不同传播速度不同 一、单轴晶体内一、单轴晶体内o o光与光与e e光的传播方向光的传播方向6465的偏振态有相位差，改变入射光使两束光波晶片两束光的传播速度不

19、同光束光分开，获得线偏振使两双折射棱镜两束光都是线偏振光66一、一、 尼科耳棱镜尼科耳棱镜 67eoe(方解石方解石)一、一、 尼科耳棱镜尼科耳棱镜 钠光自然光钠光自然光480光轴光轴加拿大树胶加拿大树胶涂黑涂黑710线偏线偏振光振光680486. 1en658. 1on全反射临界角光入射角,70685. 155. 1sin761ciio68068048oeBCAD14o14o一、一、 尼科耳棱镜尼科耳棱镜 2.极限角：极限角：693.作用：作用： 起偏器起偏器 检偏器：检偏器：透射出尼科耳后的线偏振光透射出尼科耳后的线偏振光（e光）的光强为：光）的光强为：符合马吕斯定律2ocosII一、一、

20、 尼科耳棱镜尼科耳棱镜 a. 平行尼科耳平行尼科耳b. 正交尼科耳：正交尼科耳：70o傅科棱镜傅科棱镜 光光轴轴 光光轴轴钠光自钠光自然光然光e线偏振光线偏振光一、一、 尼科耳棱镜尼科耳棱镜 71ADCB1 1、结构、结构 光轴光轴方向方向光轴光轴方向方向ADCB两棱镜两棱镜光轴相互垂直光轴相互垂直 棱镜棱镜ADBADB主截面平行屏面主截面平行屏面棱镜棱镜CDBCDB主截面垂直屏面主截面垂直屏面棱镜棱镜ADBADB产生的产生的o o光光e e光不光不分开，但速度不同分开，但速度不同MN二、沃拉斯顿棱镜二、沃拉斯顿棱镜2 2、原理、原理72振动振动垂直于屏面的偏振光垂直于屏面的偏振光对对ADB为为o光，对光，对CDB为为e光光 ADCBMN2112,oe