光在晶体中的传播14次ppt课件.ppt

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1、15.2光在晶体中的传播内容一、晶体的双折射及相关概念二、晶体的介电张量三、单色平面波在晶体中的传播1.双折射现象1669年丹麦科学家巴塞林(Bartholin)发现双折射现象双折射双折双折方解石晶体o光e光一、晶体的双折射及相关概念1.双折射现象光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射光，这种现象称为双折射(DoubleRefraction)。寻常光（Ordinarylight,o光）和非寻常光（Extraordinarylight,e光）两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称为非寻常光（e光）

2、。折射定律有两个含义：A.折射角的关系，B.入射光线和折射光线与法线同在一个平面。说明：1〕o光和e光与晶体密不可分2〕折射定律的含义当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转2.晶体特性方解石晶体结构（Calcite--CaCO3）顿隅（1）、光轴(Opticalaxis)：在双折射晶体中存在一个特殊的方向，当光束在这个方向传播时不发生双折射，此方向称为晶体的光轴。在光轴方向上，o光和e光都遵守折射定律。而且：no=ne（2）主平面(Principalplane)和主截面(Principalsection)：主平面：光线和光轴所组成的平面。o光主平面：o光和晶体光轴组成的面为o主平

3、面。e光主平面：e光和晶体光轴组成的面为e主平面。主截面(Principalsection)：光轴和晶体表面法线(Normalline)组成。光线在一般情况下入射晶体，o光和e光是不同面的。当入射光线在主截面内时，两面重合。当入射光在主截面内时，o光e光主平面均为主截面。表面法线nn若方解石晶体各棱等长o光和e光均为线偏振光o光的振动方向垂直于它自己的主平面，e光的振动方向平行于它自己的主平面o光e光一般情况下，e光不一定在入射面内，o光和e光的主平面并不重合当入射面是晶体的主截面时，o光和e光的主平面重合，此时o光与e光的振动方向相互垂直、o光和e光都是线偏振光；（3）o光与e光的偏振

4、态、o光振动方向与o光主平面垂直，因而总与光轴垂直；、e光振动方向在e光主平面内，因而与光轴的夹角随传播方向而改变；、当光线在主截面入射时，主平面与主截面重合，则o光振动方向垂直于主截面，e光振动方向在主截面内；3．晶体的分类（Typesofcrystal）：各向同性晶体（Isotropiccrystal）：不产生双折射现象。如：NaCl双折射晶体（Anisotropiccrystal）：单轴晶体（Uniaxial）：只有一个光轴方向的晶体。如：方解石(Calcite)、石英(Quartz)。双轴晶体（Biaxial）：有两个光轴方向的晶体。如：云母(Mica)等。4．正负晶体：VoV

5、e时为正晶体(Positivecrystal)；VoVe时为负晶体(Negativecrystal)。正晶体：none，e光波面（椭球面）在o光波面（球面）之内。负晶体：none，o光波面（球面）在e光波面（椭球面）之内。e光光轴Opticalaxise光o光o光13二、晶体的介电张量张量(tensor)的基础知识零阶张量(标量)：如果一个物理量在坐标移动时数值不变，则称为标量(T,m,…)一阶张量(矢量)：如果一个物理量由三个数表示，而且在坐标移动时如同坐标一样变换，则此物理量称为矢量二阶张量—tensor如果一个物理量由九个数表示，而且变换关系为则称此量为二阶张量。n阶张量：如

6、果一个物理量由3n个数表示，则称此量为n阶张量。晶体不同方向性质不同，这被称为晶体的各向异性在晶体这种各向异性介质中，不同方向的介电常数是不同的，于是：即简写成：(i、j=x、y、z)写成矩阵形式，有：——称为介电常数张量。它是二阶张量，对于非吸收晶体，具有对称性。晶体的介电常数一般不能用标量表示，而必需用二阶张量表示。由于晶体具有对称性，恰当地选取坐标轴，例如让坐标轴与某一周期方向一致，介电常数二阶张量就可以简化成：x、y、z称为晶体的三个“主轴”。称为晶体的三个“主介电常数”。对于晶体而言，在其生长过程中，其主轴就已经确定，至于何者为x轴，何者为y轴，何者为z轴，则根据方便确定，一般

7、按照数值大小确定脚标，；或者，；前者称为正晶体，后者称为负晶体。DyEyDEyDxExDzEzzxO晶体中，在一般情形下两个矢量D和E的方向不同，如左上图所示。如果，则D始终与E同方向，对应着各向同性媒质情形，称为各向同性晶体，如属于立方晶系的各种晶体。如果互不相等，仅当E的方向恰好沿某一个主轴时，D才与E有相同的方向，如属于正交、单斜、三斜晶系的各种晶体，称为双轴晶体。如果中有两个相等，例如，则当E位在xy平面内(Ez=0)时，D