光学课件之九光在晶体中的传播

光学课件之九光在晶体中的传播1第一页，共二十二页，编辑于2023年，星期日

§5、旋光一、石英的旋光现象1、在普通的单轴晶体（如冰洲石）内，垂直于光轴方向切割出一块平行平面晶片；2、取两块偏振片I和Ⅱ，其透振方向为P1和P2,且将平行平面晶片插入正交偏振片I和Ⅱ之间（P1⊥P2），并且三个的平面平行；3、用一束自然光正射到偏振片I，则在偏振片Ⅱ后面，出现消光现象。这表明线偏振光经过此晶片后偏振状态不发生任何变化。（见图5-1）2第二页，共二十二页，编辑于2023年，星期日3第三页，共二十二页，编辑于2023年，星期日4、在上述实验中，用石英来代替冰洲石，则在偏振片Ⅱ之后，看去视场变亮了，若将偏振片的透振方向向左或向右旋转一个角度φ时，又变消光。5、实验表明:从石英晶体透射出来的光仍是线偏振光，但其振动面各向左或向右旋转了一个角度φ，此称为旋光现象。（见图5－2）4第四页，共二十二页，编辑于2023年，星期日5第五页，共二十二页，编辑于2023年，星期日6、旋光率:

实验表明，振动面旋转角度φ与石英晶片的厚度d成正比。

φ=αd

比例系数α叫做石英的旋光率，α的数值因入射光的波长不同而不同。在白光的照射下，不同颜色的振动面旋转的角度φ不同。6第六页，共二十二页，编辑于2023年，星期日

α与λ的关系见下表：7第七页，共二十二页，编辑于2023年，星期日7、旋光色散由于各种不同颜色的光的旋转角不同，旋转偏振片Ⅱ不能同时消光，在偏振片后面观察到的将是色彩的变化，此现象称为旋光色散。8、实验表明，石英晶体有左旋和右旋两种晶体，其与石英的结构有关，它们的外形完全相似，只是一种是另一种的镜像反演。两种晶体使振动面旋转的方向相反。（见图5-3）8第八页，共二十二页，编辑于2023年，星期日9第九页，共二十二页，编辑于2023年，星期日二、菲涅耳对旋光现象的解释1、两个同频率振幅相等的简谐振动可以合为一个圆的运动或者反过来说，一个圆运动可以分解为一对相互垂直的同频率同振幅的简谐运动。2、一个直线运动上的简谐振动，可以分解为一对圆的运动。3、菲涅耳认为线偏振光可以分解为一对左、右旋圆偏振光，左、右旋圆偏振光可以合成为线偏振光。（见图5-4）10第十页，共二十二页，编辑于2023年，星期日11第十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期日5、旋光性的解释左旋圆偏振光——L光，右旋圆偏振光——R光，对于石英，vL与vR略有不同，其通过石英晶片后位相变化为:φL=2πnLd/λ

φR=2πnRd/λ

圆偏振光的位相即旋转电矢量的角位移，位相滞后即角度倒转。（见图5-5）12第十二页，共二十二页，编辑于2023年，星期日13第十三页，共二十二页，编辑于2023年，星期日

由于φL与φR不同，它们合成为线偏振光，其偏振方向相对于原来转过了一个角度φ即产生了旋光现象.φ=(φR－φL)/2=π(nR－nL)d/λnR﹥nLφ﹥0晶体是左旋的

nR﹤nLφ﹤0晶体是右旋的14第十四页，共二十二页，编辑于2023年，星期日6、菲涅耳石英晶体旋光验正实验（1）、起初菲涅耳用单个石英晶体来观察，由于nR与nL的差别太小，未能获得成功。（2）、用左、右旋石英晶体制成棱镜交替排列起来，构成复合棱镜，结果能较好的观察到左旋光和右旋光。（见图5-6）其原因分析作为思考题，留给同学们课后思考。（Note:

比较nR

、nL，利用折射定律去分析。）15第十五页，共二十二页，编辑于2023年，星期日16第十六页，共二十二页，编辑于2023年，星期日三、旋光晶体内的波面

1、负晶体与正晶体（复习）

负晶体（冰洲石）:

ve＞

v0no

＞ne（内切球）正晶体（石英）:

ve

＜

v0no＜ne（外切球）（见图1－6）17第十七页，共二十二页，编辑于2023年，星期日2、作为旋光物质的石英正晶体具有新的特点（1）两层波面（L光和R光）在与光轴交点处并不相切。（2）只有垂直于光轴传播时两光线（R光、L光）才是线偏振光,即前述的O光和E光；沿光轴传播，它们分别是左、右旋圆偏振光，即L光和R光。（3）当光线沿任意倾斜方向传播时，两光线都是椭圆偏振光。（4）L光、R光由圆偏振光向线偏振光是一个逐步转化的过程:见图5-7（右旋石英晶体）18第十八页，共二十二页，编辑于2023年，星期日光轴R光波面R光波面19第十九页，共二十二页，编辑于2023年，星期日

a→b→c→d圆偏振光→椭圆偏振光→线偏振光（e光、o光）其中：R光是快光，L光是慢光.

对于左旋石英晶体，正好相反，L光是快光，R光是慢光20第二十页，共二十二页，编辑于2023年，星期日3、如前所分析可得：若将石英晶体切成垂直于光轴的晶片，它具有旋光线，切成平行于光轴的晶片，它与普通无旋光晶体一样，可以制成等位相延时片。如果倾斜切割，则可获得椭圆偏振的双折射（存在L光和R光，即旋光现象）。四、旋光现象的应用量糖术与磁致旋光（略）21第二十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期日小结：

本节对旋光现象作了简单介绍，其理