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1、晶体光学性质的观测分析（预习报告）一、实验目的熟悉单期自晶光学性质，晶体的消光现象，干涉色级序了解偏光显微镜原理及掌握其使用方法观察晶体的类别、軸向和光性正负等过程，估计晶片光程差二、实验原理折射率与光的传播方向和光矢振动方向有关的晶体称为各向异性晶体。除立方晶系的品体外，所有的晶体都是各向界性品体。如:方解石、水晶、KDP、LiNbO3,BaTiO3等都是各向异性晶体。当光通过各向异性晶体时，会产生双折射现象，并表现出偏振性质。当光沿各向异性晶体传播吋，总存在一个或I田i个方向不发生双折射现彖，此方向称为晶体的光轴，按晶体的光轴分，各向异性品体又可分为単轴晶和双軸
2、晶，单轴晶只有一个光轴，如:四方品系、六方晶系、三方晶系的晶体;而双軸晶则有西个光抽，女口:正交品系、単斜品系、三斜品系的品体。其中,折射率不随入射光方向而变的称为寻常光或。光（折射率为no），折射率随入射光方向而变的称为非寻常光或e光（折射率为ne）oo光和e光都是偏振光，并且它们的振动方向互相垂直。光波各矢量间关系较复杂，因此需要用一些图形来直观地表示出晶体中光波各矢量间的方向关系，及各传插方向相对应的光速或折射率在空间的取值分布，这些几何图形称为晶体光学示性曲面。•折射率椭球（或光率体）就是描述晶体最常用的品体光学示性曲面，它是以主折射率为主值的椭球。镜间不放
3、任何介质或放入各相同晶体时，光线无法通过正交偏光镜，所以视域是黑暗的；当,在正交偏光镜I'可放人各相异晶体后，由于晶体双折射效应和晶片厚度、晶抽取向的不同而产生不同的干涉现象。如图4亠4所示:在正交偏光镜之间加入一晶片，其中PP表示起偏镜（下偏光镜）的振动方向,AA表示检偏镜（上偏光镜）的振动方向,00表示晶片光轴方向（00平行于晶片,垂直于透光方向）。如透过起偏镜的偏振光振幅为Aoe,光线到达厚度为d的晶片后，分解成振幅分别为Ae和Ao的e光和o光,e光和o光的振动方向分别平行和垂直00方向,00与PP的夹角为a,则e光和o光的振幅分别Ae=Aoecosa,Ao=
4、Aoesinao再经检偏镜（上偏光镜）后,Ae和Ao在检偏镜AA方向的投影。由于各frl异晶体e光和o光的折射率不同，其差值为△n=（ne-n0）,所以当它们透过厚度为d的晶片后,必产生光程差△=d（ne-n0）或位相差a=27,d（ne-no）/入。由此可见:当一束波长为入的光渡经正交偏光镜和晶片后国变为大小相等而振动方向相反，频率相同，位相差恒定的两朿光（e光和o光），它们満足相干条件,如相遇必产生干涉。根据平面波迭加原理，其合成光波振幅：P图4・1-4正交使光傥何的干涉现線A=Ah+Ah-24r
5、4oicos^=Al.sin22asin2[——(4-1-5)
6、其合成光强：AisinPasiidd（叫一叽）在锥光干涉中，光锥屮有一系列的光通过晶片，而每一条光在晶片屮都有两个互相垂直的振动方向，其折射率分别为no和ne。由图4-1-8可知,愈到视域边缘，光线方向对光抽倾斜得愈厉害，双折射率就愈大，与每一条光相对应的光率体切面之形状也就愈加长而扁。包含在PP咸AA）面内的光与光軸组成的血是PP（或AA）面，即主截虬•非常光是在PP（或AA）面内振动，而常光则在垂直PP（或AA）面内振动。但由于來自下偏光镜的光都是在PP面內振动的线偏光，所以包含在PP面内的光会全部从非常光的振动面内通过，而包含在AA面内的光则会全部从常光的振动
7、而内通过，因此通过PP和AA面内的光在通过晶片后，其偏振方向不会发生改变，都平行于下偏光镜的偏振方向，与上偏光镜的偏振方向垂直，无法通过上偏光镜，因而在视域屮平行PP和AA方向就产生一个黑十字消光彫。严格讲起来，只有位于PP和AA面内的光才是绝对消光,而光锥中位于PP和AA面附近的光〃它们都会有极小一部分通过上偏光镜而互相干涉，但由于人的眼睛对特别微弱的光感觉不到，所以此时用人限观察仍然是暗的，就好象元光通过一样，所以十字消光影是两条有一定宽度的黑臂。对于双折射率较低的晶体，要产生相同的光程差需要通过更长的距离（即离PP和AA面更远），因此消光影相应地要粗些。哦动裁
8、物台，消光彫的位置不发生变动，这是因为不论载物台怎样转动,光锥中总是有部分光位于PP和AA面内或其附近，因此消光影总是存在的，并且消光影始终与下偏光镜和上偏光镜的振动面平行。在单色光中产生的光抽干涉图除了黑十字消光影外，还有互相交替的亮坏与暗环。这主要是因为当不包含在PP或AA面内的光上升到晶片上时，原来平行PP方向的振动在晶片屮要分解为两互相垂直的振动，由图4-1-8可知,非常光总是在入射光线与光轴组成的主截面内振动，而常光则在与之垂直的面内振动。当入射光与光轴斜交愈大时，一方面光在品片中走过的距离愈长，另一方面双折射率愈大，所以从光锥的轴愈向外去，光程差就愈
