晶体光学性质的观测分析

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1、晶体光学性质的观测分析实验人：李洁芸中山大学实验报告：晶体光学性质的观测分析理工学院光学工程系05级光信2班05323057号参加人实验人：李洁芸日期：2007.10.15.温度：气压：[引言]在晶体中，除立方晶系晶体外，都表现出光学各向异性（双折射现象）。当光经过各向异性晶体时，光的性质会随着晶体的取向不同而发生改变，并表现出各种有趣的光学现象．利用晶体的各向异性，可以制成光学偏振器，应用分析器，电光调制器等．观测和研究晶体的光学性质，对我们充分认识晶体的光学性质有十分重要的意义。[实验目的]1.熟悉单轴晶体光学性质，晶体的消光

2、现象，干涉色级序；2.了解偏光显微镜原理并掌握其使用方法；3.观察晶体的类别，轴向和光性正负等过程，估计晶片的光程差[实验仪器]透射偏光显微种类很多，但基本原理都大同小异。图11为本实验所用的XP-201型透射偏光显微镜的构造图，主要结构包括：1.光源：卤素灯12V/20W,亮度可调节。2．起偏镜：用于产生偏振光，可转动调节方向。3．聚光镜：位于物台下面，有一组透镜组成，可以把来自下偏光镜的平行光聚敛成锥形偏光，聚光镜连有手柄，可根据需要旋入或旋出光路。4．旋转载物台：用于放置观察样品，可360度旋转。5．物镜：由四个放大倍数分别

3、我为4x,10x,40x,60x的物镜，物镜的前镜片与样品之间的距离称为工作距离，图11XP-201型透射偏光显微镜物镜的工作距离随着放大倍数的增加而减小，所以用高倍物镜时要特别小心，应先将物镜调至最低，然后逐步升高对焦。中山大学.物理学实验晶体光学性质的观测分析实验人：李洁芸6．补偿器插口：补偿器插口用于插入各种补偿器，通常仪器带有，及石英楔子等补偿器。7．检偏镜：摆动式，可移出光路，进行单偏光观察。8．勃氏镜：位于目镜与上偏光镜之间，为一小凸透镜，与目镜联合组成一望远镜，勃氏镜可左右移动，分别移入、移出光路。9．目镜：目镜中装

4、有十字丝和刻度尺。[实验基本原理]（一）晶体的双折射和光率体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。除立方晶系的晶体外，所有的晶体都是各向异性晶体。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时，总存在一个或两个方向不发生双折射现象，此方向称为晶体的光轴，按晶体的光轴分，各向异性晶体又可分为单轴晶和双轴晶，单轴晶只有一个光轴；而双轴晶则有两个光轴。其中，折射率不随入射光方向而变的称为寻常光或o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）。

5、o光和e光都是偏振光，并且它们的振动方向互相垂直。o光的振动方向垂直于包含光轴和o光波法线所组成的平面，e光的振动方向则平行于包含光轴和e光波法线所组成的平面。折射率椭球（或光率体）是描述晶体光学性质最常用的晶体光学示性曲面，它是以主折射率为主值的椭球。在主轴坐标系，折射率椭球可以表示为:（1）1.立方晶系（高级晶族）（2）2．单轴晶（中级晶族）图1立方体系晶体光率体（3）（a）正单轴晶（b）负单轴晶图2单轴晶光率体图图3单轴晶光率体的三种中心截面中山大学.物理学实验晶体光学性质的观测分析实验人：李洁芸单轴晶光率体的光轴（），必须

6、与晶体中的主对称轴（唯一的高次轴）一致。的单轴晶称为正光性单轴晶，它的光率体是沿光轴方向拉长了的旋转椭球（图2（a）），的单轴晶称为负光性单轴晶，它的光率体是沿光轴方向压扁了的旋转椭球（图2（b））。由于光速v=c/n，折射率越大，其光速越慢，所以在晶体中，折射率最大的方向成为晶体慢轴方向，而折射率最小的方向成为晶体快轴方向。图3给出了单轴晶光率体中三种中心截面。圆截面：垂直光轴的圆，半径为。主截面：包含光轴的椭圆截面，它的一个半径为，与光轴垂直，另一个半径为，与光轴平行。由图可见：o光的振动方向必垂直于主截面，e光的振动方向则平

7、行于主截面。任意截面：是一个椭圆，截面法线N与光轴成θ角。3．双轴晶（低级晶族）（4）在低级晶族光率体中，可以找到两个圆截面，即存在两个光轴。双轴晶的光学性质比较复杂，这里不作详细讨论，以下分析讨论都是单轴晶情况。（二）正交偏光干涉在偏光显微镜中，当上下偏光镜的振动面互相垂直时，称为正交偏光镜。如在正交偏光镜间不放任和介质或放入各相同晶体时，光线无法通过正交偏光镜，所以视阈是黑暗的；当在正交偏光镜间放入各相异晶体时，由于晶体双折射效应和晶片厚度、晶轴取向的不同而产生不同的干涉现象。图4　正交偏光镜间的干涉现象如图4，在正交偏光镜中

8、加入一晶片，其中ＰＰ表示起偏镜的振动方向，ＡＡ表示检偏镜的振动方向，ＯＯ表示晶片光轴方向。透过起偏镜的偏振光振幅为，光线到达厚度为的晶片后，分解成振幅分别为和的光和光：　　　再经过检偏镜后，光和光振幅分别变为：中山大学.物理学实验晶体光学性质的观测