平面光波在晶体界面上的反射和折射

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1、5.3平面光波在晶体界面上的反射和折射(Reflectionandrefractionofplanewaveincrystalinterface)前面讨论了光在晶体内部的传播规律。x2x1x3DeEeEoDoksose5.3平面光波在晶体界面上的反射和折射实际上，在使用晶体制作的光学元件时，都会涉及到光在晶体表面上的入射和出射问题。方解石晶体5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射人们在实验中发现，一束单色光从空气入射到晶体表面上时，会产生两束同频率的折射光，这就是双折射现象。方解石晶体当一束单色光从晶体内部射向界面上时，会产生两束同频率的反射光，这就是双反射现象。

2、450光轴He－Ne激光束（自然光）5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射在界面上所产生的两束折射光或两束反射光都是线偏振光，它们的振动方向相互垂直。方解石晶体450光轴He－Ne激光束（自然光）5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射假设一束单色平面光波自空气射向晶体,ki、kr、kt分别为入射光、反射光、折射光的波矢，则由光的电磁场理论可得kiktkrO界面irt5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射(108)式是反射定律的矢量形式，反射光与入射光的波矢差与界面垂直。kiktkrO界面irt5.3.1光在晶体界面上

3、的双反射和双折射(l09)式是折射定律的矢量形式,折射光与入射光的波矢差与界面垂直。kiktkrO界面irt5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射由该二式可见，ki、kr、kt和界面法线共面，或者说，反射光和折射光的波法线都在入射面内。kiktkrO界面irt或(111)式和(112)式就是光在晶体界面上的反射定律和折射定律。5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射若设i,r,t分别为入射角,反射角,折射角,则有根据图所示的几何关系，由(108)式和(109)式得到BACn1n2Okrkikt分界面tir①式中的i、r、t都是对波法线方向而言

4、的,尽管反射光、折射光的波法线均在入射面内，但它们的光线有可能不在入射面内。5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射对于各向异性的晶体而言：ABABksvrvp5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射②在晶体中，光的折射率因传播方向、电场振动方向而异。如果光从空气射至晶体，则因折射光的折射率nt不同，其折射角t也不同。如果光从晶体内部射出，相应的入射光和反射光的折射率ni和nr不相等，所以在一般情况下入射角不等于反射角。5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射450光轴He－Ne激光束③由于双折射和双反射现象的存在，满足(111)式的nr和r及以及满足(112)式

5、的nt和t都有两个可能的值。5.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射5.3.2光在晶体界面上反射和折射方向的几何作图法描述(Geometricdescriptionoflightinthedirectionofreflectionandrefractionincrystalinterface)晶体中非常光的折射率大小与波法线方向有关，所以要写出晶体界面上反射光和折射光方向的显函数关系比较困难。1.惠更斯作图法惠更斯作图法是利用射线曲面确定反射光、折射光方向的几何作图法。折射率椭球—(d，n)曲面折射率曲面—(k，n)曲面菲涅耳椭球—(e,r)曲面射线曲面—(s，r)曲

6、面1.惠更斯作图法对于各向同性介质，惠更斯原理曾以次波的包迹是新的波阵面的观点，确定了次波的包迹—波阵面，从而确定了折射光的传播方向。SABARR00o晶体空间对于光的传播来说,是一个偏振化的空间,一束入射光不管其偏振性质如何,它一进入晶体,就要按晶体所规定的方式分成取向不同的两种特许的线偏振态.1.惠更斯作图法x2x1x3DeEeEoDoksose在晶体界面上的次波源向晶体内发射的次波波面是双壳层曲面，每一壳层对应一种振动方式，这就是上节介绍的射线曲面(s,r)。1.惠更斯作图法S对于两种不同振动方式的次波的包迹，就是各自的波阵面，它们按不同的方向传播

7、，从而形成两束折射光。1.惠更斯作图法eSABAR0o假设有一束平行光由各向同性介质斜入射到正单轴晶体的表面上,晶体光轴为一般取向.当入射波波面上的B到达A点时,A点发出的次波波面如图所示.1.惠更斯作图法eSABARR0R0oN半径为AR＝1的球面是在入射介质中的波面,晶体中的o光波面是半径为AR0＝o的球面,这两个球面与入射面的截线都是圆。1.惠更斯作图法eSABARR0R0oN由于晶体光轴为一般取向,所以晶体中e光的波面与入射面的截线是一个椭圆,但它并不以入射