竞赛补习光学ppt课件.ppt

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1、前言1．双折射现象和基本规律1）晶体的双折射现象：一束光经过晶体后分成了两束光光光偏振片2）光和光：寻常光或光：按折射定律的规律传播非寻常光或光：不按折射定律规律传播注意：在晶体里才分别称为光和光3）晶体的光轴：光束在晶体内部沿光轴方向传播时光和光不分开（速度和方向都相同）光轴AB102°78°例如：方解石晶体（冰洲石）注意：光轴是一个特定的方向，与这个特定方向平行的直线都是光轴。4）主截面和主平面主截面：界面法线与光轴构成的平面主平面：晶体中的光线与光轴构成的平面注意：有时光与光主平面不重合5）双折射光的偏振态光和光都是线偏振光，光的振动方向与其主平面垂直，光的振

2、动方向与其主平面平行。晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。晶体的主截面（principalsection）晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面叫该束光的主平面。o光振动⊥其主平面，e光振动在其主平面内。当入射光线在主截面内(即入射面是晶体的主截面)时，o光和e光及它们的主平面均在主截面内，o光与e光的振动方向相互⊥。6）单轴晶体和双轴晶体单轴晶体：只有一个光轴方向的晶体，如冰洲石和石英等。双轴晶体：具有两个光轴方向的晶体，如云母、蓝宝石和硫磺等。7）单轴晶体的波面（1）：光沿各个方向的传播速度，光沿光轴方向的传播速度。（2）：光沿垂直光轴方向的传播速度（3）（4）

3、光波面和光波面左：光波面右：光波面两波面画在一起时在光轴方向上相切8）两个主折射率：9）正晶体和负晶体左：负晶体右：正晶体（1）负晶体：（）的晶体，如冰洲石，光波面为扁椭球。（2）正晶体：（）的晶体，如石英，光波面是长椭球。单轴晶体内o光波面为球面，e光波面为椭球面。两波面在光轴方向相切。正晶体波在晶体中的传播负晶体晶体的惠更斯作图法1）一束平行光斜入射到光轴如图所示的单轴负晶体上，求晶体中的折射光线？作图步骤：4.3平面光波在晶体界面上的反射折射（1）过A点做边缘光线的垂线，（2）以A为中心、为半径做光圆形波面（3）以A为中心、和为相应半轴做光椭圆形波面（4）过点

4、做圆与椭圆波面的切线，切点分别为和（5）连接A两点，即为光的折射线。（6）连接A两点，即为光的折射线。2）平行光垂直入射到光轴垂直界面的单轴负晶体上，求晶体中的折射光线？作图步骤：（1）做两个圆形波面和两个椭圆形波面，两种波面相切于和点。（2）做波面的切线，交于和点（3）连接两点，再连接两点，即为折射光线。结论：两折射光线的方向均与入射光线方向相同，光和光不分开。3）平行光垂直入射到光轴平行界面的单轴负晶体上，求晶体中的折射光线？作图步骤：（1）做两个圆形波面和两个椭圆形波面（2）分别做两个波面的切线，切点为和。（3）连接点，再连接点，即为折射光线结论：两折射光线的

5、方向均与入射光线方向相同，光和光速度不同，4）平行光斜入射到光轴垂直入射面的晶体上，求晶体中的折射光线？作图步骤：（1）过A点做边缘光线的垂线，（2）以A为中心、和为半径做两个圆形波面（3）过点做切线，切点分别为和（4）连接两点，即为光的折射光线（5）连接两点，即为光的折射光线5）注意：使用晶体惠更斯作图法作图时应当：（1）写明哪条光线是光、哪条是光（2）标明每条折射光线的振动方向（3）画出折射光线传播方向的箭头指示4.4晶体光学器件1．晶体偏振器1）洛匈棱镜由两块冰洲石直角三棱镜组成，光轴和正入射光路如图光路分析：（1）进入第一块晶体后不发生双折射，即光和光不分开

6、。（2）进入第二块晶体后振动方向不变，但光变为光，，光方向不变。（3）进入第二块晶体后振动方向不变，但光变为光，光向下方偏折。遮住光，得到一束很好的线偏振光。2）沃拉斯顿棱镜由两块冰洲石晶体直角三棱镜组成，光轴和正入射光路如图所示。光路分析：（1）进入第一块晶体后传播方向不变，速度不同了，（2）进入第二块晶体后振动方向不变，但光变为光，，光向上方偏折。，（3）进入第二块晶体后振动方向不变，但光变为光，，光向下方偏折。遮住其中的一束光可以得到一束很好的线偏振光3）尼科耳棱镜（1）结构和光路：由冰洲石晶体制成，是主截面（与主平面重合），是剖开面。（2）结构加工：（a）将

7、顶角和由磨成（b）沿平面剖开磨平抛光，用加拿大树胶粘合。（3）光路：（a）（b）入射光线保持在角度内（c）进入晶体后，光被全反射吸收，光从另一端射出，平行主截面（纸面）的线偏振光。注意：加拿大树胶吸收紫外线，可以使用洛匈或渥拉斯顿棱镜替换。出射光是振动方向2．波晶片－位相延迟片1）结构：以石英平行平面板为例，表面与光轴平行。2）光路：以石英晶体为例正入射光在晶体中分解成光和光，传播方向不分开，但速度不同了，。从晶体出射后两者速度与入射前一样又相同了。若波晶片是负晶体，则。3）相位差光和光在晶体中经历的光程：，刚入射时相位相同，刚出射与刚入射相比的相位落后量分别为