16.4x 光的双折射现象

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1、16.4光的双折射现象这是由于一束自然光穿过各向异性的晶体（如方解石晶体）时，分解成两束折射光线，这种现象称为双折射.现象：白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转.一、双折射现象双折射现象不仅产生于某些各向异性的晶体中，而且也产生于其它光学各向异性的介质中。双折射现象中，一条折射光服从折射定律，光沿各方向的传播速度相同，各方向折射率no相同，且在入射面内传播，这条光线称为寻常光，简称o光。二、寻常光和非寻常光另一条折射光不服从折射定律，光沿各方向的传播速度不同，各方向折射率ne不同，并且一般情况下，它不在入射面内，这条光线称为非

2、寻常光，简称e光。光轴：在双折射晶体内存在一个特定的方向，在该方向上o光、e光的传播速度相同，折射率相同，两光线重合，不产生双折射.如图，AB两点的连线为光轴方向：平行于光轴方向o、e光重合，垂直于光轴方向no、ne相差最大，o、e光偏离最大.不产生双折射现象。这个方向称为晶体的光轴.单轴晶体：具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体.例如：方解石、石英等.双轴晶体：具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体.例如：云母、硫黄等。o光的振动方向垂直于其主平面，e光的振动方向在它的主平面内.光轴方解石主平面：晶体内任一光线和光轴所组成的平面,称为此光线的主平面.在一般情况下，o光与e光的主平面不重合，因

3、此o光与e光的振动方向一般相互不垂直.但o光与e光主平面间的夹角通常很小，可认为o光与e光的振动方向相互垂直.主截面：当光线入射在晶体表面时，晶体光轴与晶体表面法线方向所构成的平面，称为晶体的主截面.当入射面就是主截面时(此时光轴在入射面内)，o光与e光的主平面重合，并与晶体的主截面也重合.此时，o光与e光的振动方向是严格相互垂直的，即o光的振动方向垂直于主截面，e光的振动方向平行于主截面.光轴光光主平面：晶体内任一光线和光轴所组成的平面,称为此光线的主平面.如方解石晶体如石英晶体正晶体:o光传播较快、e光传播较慢.负晶体:o光传播较慢、e光传播较快.正晶体与负晶体：注意：我们所说的

4、o光和e光是对晶体而言的，只有在晶体内才有o光和e光之分.在离开晶体后，它们就只有振动方向的区别，而无o光和e光的区别了，这时只能说它们是振动方向不同的两束线偏振光.例.如图所示,ABCD为一块方解石的一个截面，光轴方向在屏幕面内且与AB成一锐角θ.一束平行的单色自然光在屏幕面内垂直于AB端面入射.在方解石内折射分解为o光和e光,则o光和e光的:(A)传播方向相同,光矢量的振动方向互相垂直.答案：[C](D)传播方向不相同,光矢量的振动方向相互不垂直.(C)传播方向不相同,光矢量的振动方向相互垂直.(B)传播方向相同,光矢量的振动方向相互不垂直.由于光轴在入射面内,o光、e光的入射面

5、就是晶体的主截面,因此,它们的光矢量的振动方向相互垂直.惠更斯原理：o光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面，即具有各向同性的传播速率。e光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭球面，沿光轴方向与o光具有相同的速率.e光波面o光波面光轴方向负晶体，如方解石CaCO3e光波面o光波面光轴方向正晶体，如石英SiO2AA三、光的双折射现象的解释1）平行光斜入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面斜交光轴AFEeO•eO•如果光轴不在入射面内，球面和椭球面相切的点，就不会在入射面内，则o光、e光振动方向并不相互垂直。BE:o光波阵面BBF:e光波阵面2）平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面

6、斜交光轴AEO•eBF’E’•F出射两束偏振方向相互垂直的线偏振光3）平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴垂直于晶体表面。光轴AE•eBE’•OF’F出射光沿相同方向(即光轴方向)传播，具有相互垂直的偏振方向，传播速度相同，不产生双折射现象.4）平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴平行晶体表面光轴AE•eBF’E’•FO出射光沿相同方向传播，具有相互垂直的偏振方向，但传播速度和折射率都不相同，应看成产生了双折射现象.光线透过该厚度为d的晶体后，o光、e光的光程差为：四、双折射现象的应用下面介绍的两种棱镜(渥拉斯顿棱镜和尼科尔棱镜)，都是利用双折射现象，从自然光获得线偏振光的器件。•渥

7、拉斯顿棱镜••eO两块直角方解石的光轴相互垂直，如图：ABDCO••••e••在棱镜BCD中,传播的o光和e光波面与入射面相截成两个同心圆.eOo光振动垂直于光线和光轴组成的主平面.e光振动平行于光线和光轴组成的主平面.当光线进入第二棱镜以后，由于两棱镜的光轴相互垂直，所以o、e光角色互换:o1e2,e1o2.又由于no>ne，所以e2远离法线，o2靠近法线，两束光在第二棱镜中分开.光轴光轴光轴方解石:原理：把自然光分成o光和e光，然后利用全反射把o光