崔宏滨《光学》8甲型光学第八章光的偏振和晶体双折射课件.ppt

《崔宏滨《光学》8甲型光学第八章光的偏振和晶体双折射课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第8章光在晶体中的双折射晶体的双折射及双折射晶体的参数晶体中光的波面晶体光学器件：偏振棱镜和波晶片偏振光的干涉旋光人工双折射及其应用偏振态的矩阵表示一、晶体的光学特征晶体的结构与空间对称性14种布拉斐格子，7大晶系第一类：立方晶系，光学上各向同性简单立方面心立方体心立方具有最高的对称性第二类：单轴晶体（对称性较高）三角晶系六角晶系简单四方体心四方四方晶系第三类：双轴晶体（对称性较低）三斜晶系单斜晶系简单单斜底心单斜简单正交底心正交体心正交面心正交正交晶系二、晶体的双折射方解石晶体的双折射（doublerefractio

2、n，birefringence）e光双折射一．双折射现象一束入射到介质中的光经折射后变为两束光，称为双折射。折射后的两束光都是线偏光。一束遵循折射定律，称为寻常光（o光）。一束不遵循折射定律，称为非常光（e光）。从晶体中射出后，不再称o光、e光入射光o光晶体方解石双折射光的偏振态红色箭头经过方解石晶体的两个像经过线偏振器后o光的像将线偏振器旋转90o后，e光的像三、双折射晶体能够产生双折射的晶体。它们都是具有各向异性结构的。方解石晶体，即CaCO3，碳酸钙的三角晶系，是一种典型的双折射晶体（单轴）。常含杂质，无色的称冰

3、洲石晶体石英（水晶）、红宝石、冰等也是双折射晶体（单轴）。云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄等是另一类双折射晶体（双轴）。方解石晶体9x12cm150.6carats3.9carat1865carats1克拉=200毫克含锰方解石15-18cm.砷铜铅矿方解石12cm.12cm12-15cm冰洲石晶体，30x45cm双折射晶体的特征参量1.晶体的光轴：光沿此方向入射时无双折射。单轴晶体：方解石晶体、石英、红宝石、冰，等等。双轴晶体：云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄，等等。方解石的光轴由三个102o顶角组成的顶点由三个102o顶角组成

4、的顶点单轴晶体光轴光轴光轴三角晶系沿光轴入射，无双折射不同视角、不同大小时的光轴光轴2.主截面：入射界面（晶体表面）的法线与光轴形成的平面。是与晶体相关的，与光线无关。入射面主截面光轴入射表面（界面）的法线光轴法线入射光3.主平面：晶体中的光线与光轴所形成的平面。o光主平面，o光：振动方向垂直于o光主平面，即电矢量垂直于光轴。e光主平面，e光电矢量平行与e光主平面。o光e光主截面o光主平面e光主平面光轴入射光o光e光入射面主截面o光主平面e光主平面光轴一般情况下，各个面并不重合选择合适的入射方向，可以使入射面与主截面重

5、合，这时光轴处于入射面之中。o光主平面、e光主平面重合，且均与主截面重合。o光：电矢量垂直于光轴，垂直于o光主平面（主截面）e光：电矢量平行于主平面，即电矢量在e光主平面（主截面）内。入射面与主截面重合o光e光主平面重合o光、e光的光强主平面自然光入射时，如果不考虑吸收，有四、单轴晶体中的波面单轴晶体的电子存在两个固有的振动频率.一个是与光轴平行方向的振动ω1，另一个是与光轴垂直方向的振动ω2简单四方光轴三角晶系o光传播时，电矢量垂直于光轴，所以沿各个方向传播时，振动频率相同，则速度也相同，其波面为球面。e光向不同方向

6、传播时，电矢量相对于光轴的方向不同，其振动频率也不同，所以速度也不同，其波面为旋转椭球面。e光主平面晶体中光波波面的特点除了两个特殊的方向，e光的传播方向与其波面不垂直。这是因为其波面为椭球面。o光的波面是球面，故其传播方向处处与其波面垂直。负晶体正晶体由于e光在不同方向传播速度不同，折射率也不同。定义e光的主折射率如下：e光沿与光轴垂直方向传播时的速度为ve，则其主折射率为ne=c/ve。晶体双折射的惠更斯作图法针对光轴在入射面内的情形。步骤：1、作出入射光的波面由1与入射界面的交点A向2作垂线，交于B点。AB即为入

7、射光波面。则光线2到达界面B´时，A点的光已在介质中传播的时间为t=BB´/c。122、作o光波面：以A为中心，vot为半径作球面，该球面与过B’的平面的切点为Ao’，AAo’即为o光的方向。3、作e光的波面：光轴与o光波面的交点也是光轴与e光波面的交点，为椭球面的一个轴，另一轴与该轴垂直，长度为vet，可以作出椭球面，过B’点的平面与其切点为Ae’，AAe’为e光的方向。e光的方向不符合一般的折射定律几种特例沿光轴入射，o光、e光波面不分开，不发生双折射垂直于光轴，o光、e光方向相同，但速度不同，波面分开，发生双折射

8、垂直于光轴，入射面垂直于主截面，发生双折射五、晶体光学器件利用晶体的双折射特性可以制成光学器件1、光在晶体中分开为o光和e光，它们都是平面偏振光可以制成偏振棱镜，以获得平面偏振光2、晶体中o光和e光的折射率不同，它们的波面是分开的可以制成相位延迟波晶片，使两列正交分量之间有一定的相位差偏振棱镜1、Nicol棱镜用方解石晶体制成方解