第二節(jié)-晶體的雙折射學(xué)習教案

1、會計學(xué)1第二節(jié)第二節(jié)-晶體晶體(jngt)的雙折射的雙折射第一頁，共18頁。一一. .雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 光線進入光學(xué)各向異性媒質(zhì)光線進入光學(xué)各向異性媒質(zhì)(mizh)(mizh)(如方解石如方解石) )后產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象，稱為雙折射現(xiàn)象。后產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象，稱為雙折射現(xiàn)象。天然的方解石晶體是雙折射晶體天然的方解石晶體是雙折射晶體AB第1頁/共18頁第二頁，共18頁。象象折射現(xiàn)折射現(xiàn)o光光方解石晶體方解石晶體CaCO3雙雙e光光紙面紙面折射現(xiàn)折射現(xiàn)第2頁/共18頁第三頁，共18頁。 晶體中的雙折射現(xiàn)象晶體中的雙折射現(xiàn)象方解石方解石oe e o 以入射線為軸轉(zhuǎn)方解石，光點以入射線為軸

2、轉(zhuǎn)方解石，光點o o不動，不動，e e 繞繞o o轉(zhuǎn)，用偏振片檢驗，二者都是偏振光，且偏振方向互相轉(zhuǎn)，用偏振片檢驗，二者都是偏振光，且偏振方向互相(h xing)(h xing)垂直。垂直。 所以，利用雙折射現(xiàn)象也可以獲得線偏振光。所以，利用雙折射現(xiàn)象也可以獲得線偏振光。第3頁/共18頁第四頁，共18頁。一條遵守通常的折射一條遵守通常的折射(zhsh)(zhsh)定律定律(n1sini =n2sinr)(n1sini =n2sinr)，折射，折射(zhsh)(zhsh)光線在入射面內(nèi)，這條光線稱為尋常光線光線在入射面內(nèi)，這條光線稱為尋常光線(ordinary rays)(ordinary ra

3、ys)，簡稱，簡稱o o光。光。 n n1 1n n2 2i ii io oi ie e( (各向異各向異性媒質(zhì)性媒質(zhì)) )自然光自然光o o光光e e光光二、二、o o光和光和e e光光另一條另一條(y tio)(y tio)光線不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面內(nèi)，這條光線稱為非常光線光線不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面內(nèi)，這條光線稱為非常光線(extraordinary rays)(extraordinary rays)，簡稱，簡稱e e光。光。第4頁/共18頁第五頁，共18頁。 產(chǎn)生雙折射的原因產(chǎn)生雙折射的原因: o光和光和e光的傳播速度不同。光的傳播速度不同。 o光在晶體光

4、在晶體(jngt)中各個方向的傳播速度相同，因而折射中各個方向的傳播速度相同，因而折射率率no=c/o=恒量。恒量。 e光在晶體光在晶體(jngt)中的傳播速度中的傳播速度e隨方向變化，因而折射隨方向變化，因而折射率率ne=c/e是變量，隨方向變化。是變量，隨方向變化。 由于由于o光和光和e光的折射率不同，故產(chǎn)生雙折射。光的折射率不同，故產(chǎn)生雙折射。第5頁/共18頁第六頁，共18頁。三、光軸三、光軸 主截面主截面(jimin) (jimin) 主平面主平面 （1 1）光軸）光軸實驗發(fā)現(xiàn)，在晶體內(nèi)部存在著某些特殊的方向，光沿著這些特殊方向傳播時，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這個特殊方向稱為光軸。實驗發(fā)現(xiàn)，

5、在晶體內(nèi)部存在著某些特殊的方向，光沿著這些特殊方向傳播時，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這個特殊方向稱為光軸。應(yīng)該應(yīng)該(ynggi)(ynggi)注意，光軸僅標志一定的方向，并不限于某一特殊的直線。注意，光軸僅標志一定的方向，并不限于某一特殊的直線。 102o方解石方解石第6頁/共18頁第七頁，共18頁。只有一個光軸的晶體，稱為單軸晶體，如方解石、石英、紅寶石等。有兩個光軸的晶體稱為雙軸晶體，如云母只有一個光軸的晶體，稱為單軸晶體，如方解石、石英、紅寶石等。有兩個光軸的晶體稱為雙軸晶體，如云母(ynm)(ynm)、硫磺、藍寶石等。、硫磺、藍寶石等。氯化鈉屬于立方晶系的晶體氯化鈉屬于立方晶系的晶體(jngt

6、)(jngt)，各向同性，不產(chǎn)生折射，各向同性，不產(chǎn)生折射 。在光軸方向上，在光軸方向上，o o光和光和e e光的傳播速度相同。光的傳播速度相同。沿光軸方向入射的光束，通過沿光軸方向入射的光束，通過(tnggu)(tnggu)晶體不分為兩束光，仍沿入射方向行進。它是一個特征方向。晶體不分為兩束光，仍沿入射方向行進。它是一個特征方向。第7頁/共18頁第八頁，共18頁。 例、方解石晶體是由平行六面體構(gòu)成的。例、方解石晶體是由平行六面體構(gòu)成的。 六面體每個面都是鈍角六面體每個面都是鈍角10201020和銳角和銳角780780的平行的平行四邊形，四邊形，A A點和點和B B點是三個鈍角的會合點，點是三

7、個鈍角的會合點，A A、B B頂頂點稱為點稱為(chn wi)(chn wi)鈍隅。鈍隅。ABAB線與三條棱邊的夾角線與三條棱邊的夾角相等。相等。方解石晶體的光軸方向就是從它的一個鈍隅所作的等分角線方向，即與鈍隅的三條方解石晶體的光軸方向就是從它的一個鈍隅所作的等分角線方向，即與鈍隅的三條(sn tio)棱成相等角度的那個方向。棱成相等角度的那個方向。第8頁/共18頁第九頁，共18頁。若沿光軸方向入射，若沿光軸方向入射，o o光和光和e e光具有相同光具有相同(xin(xin tn tn) )的折射率和相同的折射率和相同(xin(xin tn tn) )的波速，因而無雙折射現(xiàn)象。的波速，因而無

8、雙折射現(xiàn)象。o o光振動方向垂直于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面光振動方向垂直于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面(pngmin)(pngmin)。e e 光振動方向平行于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面光振動方向平行于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面(pngmin)(pngmin)。若光軸在入射面內(nèi)，實驗若光軸在入射面內(nèi)，實驗(shyn)(shyn)發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：o o光、光、 e e光均在入射面內(nèi)傳播，且振動方向相互垂直。光均在入射面內(nèi)傳播，且振動方向相互垂直。第9頁/共18頁第十頁，共18頁。某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面(pngmin

9、)叫做該光線的主平面叫做該光線的主平面(pngmin)。 e e光光光軸光軸e e光的光的主平面主平面o o光光光軸光軸o o光的光的主平面主平面o o光和光和e e光都是線偏振光，光都是線偏振光，o o光的振動方向光的振動方向(fngxing)(fngxing)垂直于自己的主平面，垂直于自己的主平面，e e光的振動方向光的振動方向(fngxing)(fngxing)平行于自己的主平面平行于自己的主平面o o光有光有o o光的主平面，光的主平面，e e光有光有e e光的主平面光的主平面o o光、光、e e光的主平面可能光的主平面可能(knng)(knng)重合，重合， 也可能也可能(knng)

10、(knng)不重合不重合（2 2）主平面）主平面第10頁/共18頁第十一頁，共18頁。（3 3）主截面）主截面(jimin)(jimin)由光軸和晶體表面的法線所組成的平面，稱為晶體主截面由光軸和晶體表面的法線所組成的平面，稱為晶體主截面(jimin)。例如，方解石的主截面。例如，方解石的主截面(jimin)是一平行四邊形。是一平行四邊形。第11頁/共18頁第十二頁，共18頁。當光線在晶體當光線在晶體(jngt)(jngt)的主截面內(nèi)入射時的主截面內(nèi)入射時, , 主截面、主截面、o o光和光和e e光的主平面均重合。光的主平面均重合。no=1.658, ne=1.486方方解解石石的的主主截截

11、面面oe第12頁/共18頁第十三頁，共18頁。四 、四 、 晶 體晶 體 ( j n g t )( j n g t ) 的 主 折 射 率的 主 折 射 率 正 晶 體正 晶 體(jngt) (jngt) 負晶體負晶體(jngt)(jngt)光矢量振動方向與晶體光軸的夾角光矢量振動方向與晶體光軸的夾角(ji jio)(ji jio)不同不同, ,光的傳播速度也不同。光的傳播速度也不同?；莞寡芯侩p折射現(xiàn)象惠更斯研究雙折射現(xiàn)象(xinxing)(xinxing)提出提出: :在各向異性的晶體中，子波源會同時發(fā)出在各向異性的晶體中，子波源會同時發(fā)出o o光、光、e e光兩種子波。光兩種子波。o o

12、光的子波，各方向傳播的速度相同為光的子波，各方向傳播的速度相同為v v0 0，點波源波面為球面點波源波面為球面, ,振動方向始終垂直其主平面。振動方向始終垂直其主平面。( (如圖如圖) )o o光只有一個光速光只有一個光速v vo o 一個折射率一個折射率n no o00vcn vo t光軸光軸第13頁/共18頁第十四頁，共18頁。e e光的子波光的子波, ,各方向各方向(fngxing)(fngxing)傳播的速度不同。傳播的速度不同。 e e光在平行光軸方向上光在平行光軸方向上的速度的速度(sd)(sd)與與o o光的速光的速度度(sd)(sd)相同為相同為v0v0eevnc 點波源波面為

13、旋轉(zhuǎn)橢球面點波源波面為旋轉(zhuǎn)橢球面, ,振動振動(zhndng)(zhndng)方向始終在其主平面內(nèi)方向始終在其主平面內(nèi). .（如圖）（如圖）光軸光軸ve tvo t e e光在垂直光軸方向上的速度與光在垂直光軸方向上的速度與o o光的速度相差最大，記為光的速度相差最大，記為v ve e，其相應(yīng)的折射率為其相應(yīng)的折射率為n ne e. .n n0 0 ，n ne e稱為晶體的主折射率稱為晶體的主折射率第14頁/共18頁第十五頁，共18頁。 正晶體正晶體(jngt) : ne no (jngt) : ne no (e e o)o)負晶體負晶體 : : n ne e n o o) )子波源子波源vo

14、 tve t光軸光軸vo tve t光軸光軸 正晶體正晶體 (vo ve) 負晶體負晶體 (vo ve ) 子波源子波源如石英如石英(shyng)(shyng)、冰等。、冰等。如方解石、紅寶石等。如方解石、紅寶石等。第15頁/共18頁第十六頁，共18頁。 在晶體中在晶體中o光和光和e光以不同的速率傳播。光以不同的速率傳播。o光的光的速率在各個方向速率在各個方向(fngxing)上是相同的，所以在上是相同的，所以在晶體中任意一點所引起的子波波面是一球面。晶體中任意一點所引起的子波波面是一球面。e光的速率在各個方向光的速率在各個方向(fngxing)上是不同的，在上是不同的，在晶體中任一點所引起的

15、子波波面可以證明是旋轉(zhuǎn)晶體中任一點所引起的子波波面可以證明是旋轉(zhuǎn)橢球面。橢球面。 兩束光只有在沿光軸方向上傳播時，它們的速兩束光只有在沿光軸方向上傳播時，它們的速率才是相等率才是相等(xingdng)的，其子波波面在光軸上的，其子波波面在光軸上相切；在垂直于光軸方向上兩束光的速率相差最相切；在垂直于光軸方向上兩束光的速率相差最大。大。正晶體正晶體O 波面波面負晶體負晶體e 波面波面第16頁/共18頁第十七頁，共18頁。v o光在各個方向的傳播速度相同，子波面應(yīng)為球面。v e光的傳播速度隨方向變化(binhu)，但可以證明子波面為旋轉(zhuǎn)橢球面。 小結(jié)小結(jié)(xioji)v o o光和光和e e光在光軸方向傳播速度相同，故子波面