光学教程第六双折射

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1、光学教程第二篇波动光学7/6/20210专题：光在晶体中的传播－－双折射研究的主要问题：晶体与晶格的概念；折射率椭球、o光与e光；偏振棱镜、偏振光的干涉。要点：1.各向异性与折射率椭球；2.o光与e光的性质与应用。7/6/20211双折射晶体产生偏振光e光ren1n2i(各向异性媒质)自然光o光roO(ordinary)光:遵从折射定律e(extraordinary)光:一般不遵从折射定律e光折射线也不一定在入射面内。···方解石···oe1）寻常光和非寻常光说明：*o光、e光在双折射晶体内部才有意义。**双折射原因:是各向异性晶体对两光

2、束有不同的折射率，不同的传播速度.o光和e光都是线偏振光,一定条件下其偏振方向相互垂直.7/6/202122）晶体的光轴晶体的光轴：光沿着该方向在晶体内传播时不发生双折射。例如，方解石晶体(CaCO3)光轴AB102°注：光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：两个光轴，如云母和硫磺。主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。o光偏振方向垂直主平面,e光偏振方向平行主平面.主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。e光光轴e光的主平面o光光轴····o光的主平面7/6/20213注意

3、：重点研究：*o光、e光的主平面不一定重合o光的振动方向o光的主平面e光的振动方向//e光的主平面（1）入射光在主截面内（2）主平面、主截面重合为同一平面（3）o光振动方向e光振动方向**主平面，主截面不一定重合e光光轴e光的主平面o光光轴····o光的主平面***图示7/6/20214晶体折射率椭球7/6/20215一、基本原理用惠更斯原理解释双折射现象························uot光轴o光:各方向速度相同：其波阵面为球面。e光:各方向速度不相同：其波阵面为旋转椭球球面。平行光轴的方向上：垂直光轴的方向上：

4、光轴uetuot光轴uetuotno，ne(垂直方向)称为晶体的主折射率。7/6/20216ne>noneuo两种相切法：外切——正晶体:内切——负晶体:惠更斯作图法(ue>uo)例:光轴平行晶体表面和入射面,自然光入射速度上是分开的··光轴eeoo······方解石晶体····光轴····oe7/6/20217二、课件展示图1晶体o光和e光折射率椭球课件主要展示三维描述单轴双折射晶体的折射率椭球，以帮助进一步学习和认识，如图1

5、。7/6/20218图2负晶体的内切折射率椭球图3转动观察方向的情况通过调节右方参数栏，可以改变晶体o光e光的主折射率，如图2是负晶体的内切折射率椭球；转动观察方向可以看到更细致的情况。通过本课件可以考虑光束沿不同方向行进时的波面形状问题。7/6/20219晶体的惠更斯作图法7/6/2021101.光轴平行于折射表面并平行于入射面7/6/2021112.光轴平行于折射表面并垂直于入射面7/6/2021123.光轴垂直于折射表面并平行于入射面7/6/202113二、课件展示图1光束均到达晶体表面图2根据波面确定公切点课件通过对o光和e光折射

6、率椭球的切割，获得三个特殊方向在光束传播方向的波速和波面，然后按惠更斯原理对晶体内沿三个特殊方向的光束进行作图，其步骤分别如图1,2,3。7/6/202114图3根据公切点确定方向图4入射角改变的情况通过调节右方参数栏，可以改变晶体o光e光的主折射率，从而改变晶体内光束传播的方向。必须注意，改变入射角后需要重新按左下方的启动按钮，重新进行传播才能获得此时正确的光束传播，否则将导致错误，如图4。7/6/2021154)利用双折射获得线偏振光*晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对o光和e光的吸收不同····光轴e光电气石光轴——晶体的二向色性

7、**偏振棱镜7/6/202116格兰-汤普森棱镜7/6/202117**偏振棱镜例:格兰─汤普森棱镜光轴的取向使o光、e光对应分别为no、neno(1.655)ne(1.486)

8、6/202120一、基本原理尼科耳棱镜是使用最广泛的双折射偏振器件。它将冰洲石晶体沿垂直主截面ACC'A'且过对角线C"A"的平面C"EA"F剖开磨平，然后再用加拿大树胶黏合。加拿大树胶折射率