光在晶体的传播

关于光在晶体的传播第1页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三1663年，丹麦人哥本哈根大学数学教授E.Bartholinus

在冰岛发现了一种天然宝石：

冰洲石也叫方解石第2页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石晶体CaCO3第3页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石晶体CaCO3第4页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石晶体CaCO3第5页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石晶体CaCO3第6页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石晶体CaCO3第7页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三双折射现象

字透过方解石晶体成双像第8页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光当方解石晶体旋转时双折射纸面方解石晶体第9页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第10页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第11页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第12页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第13页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第14页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第15页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第16页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第17页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第18页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第19页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第20页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第21页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第22页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第23页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第24页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第25页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体当方解石晶体旋转时第26页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体返回结束当方解石晶体旋转时第27页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光光双折射纸面方解石晶体返回结束一个像不动(ordinary寻常——满足折射定律)另一个像围绕其旋转(extraordinary非寻常——偏离折射定律)第28页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石固定屏幕一束自然光入射到方解石晶体中一般将分成两束光遵从折射定律一般不遵从折射定律若用偏振器检查都是线偏振光且偏振方向互相垂直。第29页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石碳酸钙晶体结构：形状为平行六面体各晶面为菱形一对约102的钝角一对约78的锐角沿解理面截取的等棱长的方解石菱块菱体的四对顶点中只有一对顶点是由三个钝角面会合而成（图中、）第30页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石晶体的光轴

通过AB的直线方向，就是方解石晶体的

光轴方向与此平行通过晶体的直线都是光轴方向，常用表示★光轴不是哪一条直线，而是指明了一个方向！！！第31页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三晶体中o光和e光的传播方向和传播速度相同——无双折射现象沿光轴方向入射一细光束：若磨平A、B顶点，且光轴方向：晶体中沿该方向传播的光无双折射现象第32页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三方解石

o光和e光都是线偏振光，其光振动方向与晶体结构和光入射条件有关。为方便表征，定义两种平面：o光和e光的振动方向晶体的主截面——晶体光轴与某解理晶面法线确定的平面。对于某一晶面，主截面是一系列互相平行的平面，它们既包含光轴方向，又与该晶面正交（含该晶面的法线方向）109oo71某晶面法线方向光轴方向第33页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三任意方向入射

一般情况下这两个主平面不严格重合主平面主平面主平面（折射光线）——晶体内某一折射线与光轴确定的平面。第34页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三若光线在晶体的某一主截面内入射主平面主平面晶体主截面三者共面即都在主截面和入射面内和第35页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三▲o、e光的振动方向光线在晶体主截面内入射iCCO光振动垂直于主截面e光振动在主截面内方解石晶体主截面O光e光e光O光光线、都在主截面内并且都是线偏振光第36页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三o光和e光的传播速度与折射率假设方解石内有一单色点光源SCCCCO光波速在方解石内波面是球面各向相等

光波速在光轴方向等于O光波速在其它方向大于O光波速在垂直光轴方向波速最大波面是椭圆回旋面(回旋轴向为光轴方向)第37页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三光在晶体中传播的规律：1、晶体的双折射现象

当一束自然光入射到一些晶体上时，折射光分为两束传播方向不同且相互垂直偏振的线偏振光的现象。O光满足折射定律e光一般不满足折射定律第38页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三2、o光e光都是线偏振光，且偏振方向互相垂直。···

方解石oeeo···所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。（光线在晶体主截面内入射）第39页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三3、晶体的光轴

当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。方解石晶体是由平行六面体构成的。六面体每个面都是钝角1020和锐角780的平行四边形。

*光轴是一个特殊的方向凡平行于此方向的直线均为光轴。*只有一个光轴的晶体称单轴晶体（如方解石、石英、冰等）*有两个光轴的晶体称双轴晶体（如云毋、硫磺、蓝宝石等）第40页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三

3、主平面晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面,称为该光线的主平面。（o光和e光的主平面可能重合，也可能不重合。）e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面····O

光振动垂直其主平面e光振动在其主平面内。（记）4、主截面

晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。第41页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三5、晶体的主折射率o光沿各方向传播的速度相同为vo（

o光只有一种光速vo一种折射率no

点波源发出的波面为球面,振动方向始终垂直其主平面）

························vot光轴

e光沿各方向传播的速度(折射率)不同。(e光在平行于光轴方向上的速度与o光的速度相同为vo;e光在垂直光轴方向上的速度与o光的速度相差最大，记为ve

，定义其相应的折射率为ne;e光点波源发出的波面为椭球面,振动方向始终在其主平面内)光轴vetvotno，ne称为晶体的主折射率。第42页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三正晶体（如石英、冰等）

负晶体（如方解石、红宝石等）

(vo<ve

)

votvet光轴

负晶体(vo<ve)子波源子波源votvet光轴

正晶体

(vo>ve)6、晶体的类型ne＞no

(vo>ve)

ne＜no第43页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三晶体双折射现象的典型应用一.偏振器件用于产生或检验线偏振光的光学元件偏振棱镜原理图偏振棱镜实物图第44页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三晶体双折射现象的典型应用二.波片(位相延迟片)

用于改变光波偏振状态的光学元件波片原理图第45页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三晶体双折射现象的典型应用波片实物图第46页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三以上我们看到的是晶体双折射

现象

的规律隐藏在现象背后的物理根源是什么？第47页，讲稿共50页，2023年5月2日，星期三经典电磁理论：

光是通过激化晶体中的电子而传播的，电子受外电场