光學(xué)第六章光在晶體中的傳播課件

光學(xué)2008年12月參考教材

趙凱華編著：新概念物理學(xué)《光學(xué)》光學(xué)2008年12月參考教材趙凱華編著：1

雙折射現(xiàn)象（1）o光和e光尋常光——o光非常光——e光一束光入射到晶體中折射成兩束，兩束光分別為線偏振光，并互相垂直第三節(jié)雙折射主要以單軸晶體為研究對象，討論光在各向異性媒質(zhì)中的傳播規(guī)律雙折射現(xiàn)象——尋常光（ordinarylight），非常光（extraordinarylight）光在晶體中的波面雙折射現(xiàn)象（1）o光和e光尋常光——o光非常光——2（2）晶體的光軸在雙折射晶體中，存在著一個方向，當(dāng)光沿著這個方向傳播時，o光和e光不分開。這個方向稱做晶體的光軸。對于方解石，光軸的方向是從三個鈍角面匯合的頂點(diǎn)發(fā)出并于三個界面成等角的方向。78o102o78o102o102o冰洲石（方解石）晶體的結(jié)構(gòu)及其光軸方向第三節(jié)雙折射雙折射現(xiàn)象（2）晶體的光軸在雙折射晶體中，存在著一個方向，當(dāng)光沿3（3）晶體的主截面光線向晶體的某界面入射，此界面的法線與晶體光軸形成的平面稱做晶體的主截面雙折射現(xiàn)象第三節(jié)雙折射（3）晶體的主截面光線向晶體的某界面入射，此4（4）晶體的主平面光線在晶體中轉(zhuǎn)播時，光線與晶體光軸形成的平面稱做晶體的主截面在晶體中，o光的偏振方向垂直于自己的主平面，e光的偏振方向平行于自己的主平面雙折射現(xiàn)象第三節(jié)雙折射（4）晶體的主平面光線在晶體中轉(zhuǎn)播時，光線與晶體光軸形成52．單軸晶體中的波面（1）單軸晶體和雙軸晶體晶體中只有一個光軸方向的晶體稱作單軸晶體，例如：冰洲石、石英、紅寶石、冰等晶體中有兩個光軸方向的晶體稱作雙軸晶體，例如：云母、藍(lán)寶石、硫磺等（2）單軸晶體中波面設(shè)單軸晶體中有一個點(diǎn)光源，它發(fā)出的光波在晶體中傳播時，將形成兩個波面：球面波和橢球面波。分別對應(yīng)o光和e光波面。o光在各個方向傳播速度相同，e光顯示各項(xiàng)異性，即各個方向傳播速度不同。在光軸方向，e光的速度等于o光的速度光軸光軸負(fù)軸晶體ve>vo負(fù)軸晶體ve<vo例如:冰洲石例如:石英第三節(jié)雙折射2．單軸晶體中的波面（1）單軸晶體和雙軸晶體晶體中只有一個光6（3）單軸晶體中光波的偏振態(tài)在單軸晶體中o光偏振方向垂直于自己的主平面e光偏振方向平行于自己的主平面o光e光（4）關(guān)于折射率當(dāng)光在晶體中傳播時，不管是o光還是e光，都可按下述公式定義折射率按此定義，晶體對于o光，各個方向的折射率相同，設(shè)為no；而對于e光，各個方向上折射率是不同的。我們定義與光軸垂直方向上的e光折射為ne.no和ne合稱為晶體的主折射率對于正晶體，no<ne

對于負(fù)晶體，no>ne

2．單軸晶體中的波面第三節(jié)雙折射（3）單軸晶體中光波的偏振態(tài)在單軸晶體中o光偏振方向垂直于自7第三節(jié)雙折射波長(nm)方解石水晶nonenone404.6561.681341.496941.557161.56671546.0721.661681.487921.546171.55535589.25091.658361.486411.544251.55336單軸晶體的折射率（no和ne）誰是正晶體誰是負(fù)晶體？第三節(jié)雙折射波長方解石水晶nonenone404.6583．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向（1）畫平行的入射光束兩邊緣光線（2）作垂線AB，量出BB'的長度（3）以A點(diǎn)為圓心，BB'/n為半徑畫半圓（4）經(jīng)B'點(diǎn)畫半圓的切線（5）經(jīng)A點(diǎn)連接切點(diǎn)A'，AA'方向即為折射光線傳播的方向在各向同性介質(zhì)界面上光線傳播的惠更斯作圖法原理是：第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向（1）畫平行的入射93．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向在雙軸晶體界面上光線傳播的惠更斯作圖法原理是：（1）畫平行的入射光束兩邊緣光線（2）作垂線AB，量出BB'的長度（3）以A點(diǎn)為中心，BB‘/no為半徑畫半圓；BB‘/ne為半軸畫橢圓（4）經(jīng)B‘點(diǎn)分別畫半圓和橢圓的切線（5）經(jīng)A點(diǎn)連接切點(diǎn)Ao‘、Ae’。AAo‘、和AAe’方向分別為o光和e光折射光線傳播的方向第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向在雙軸晶體界面上光103．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于界面，光線正入射第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于界面，光113．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸平行于界面，光線正入射第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸平行于界面，光123．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于入射面，光線斜入射第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于入射面，13第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器利用晶體雙折射的o光和e光都是100%的線偏振光的原理制作的偏振器件（1）洛匈棱鏡ieie’第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器利用晶體雙折射的o光14利用晶體雙折射的o光和e光都是100%的線偏振光的原理制作的偏振器件（2）渥拉斯頓棱鏡e光o光o光e光第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器o光e光o光e光利用晶體雙折射的o光和e光都是100%的線偏振光的原理制作的15（3）尼科耳棱鏡第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器DACBEFC”C’B’A’D’A”方解石晶體結(jié)構(gòu)分析（3）尼科耳棱鏡第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器DA16第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C’A’D’A”CC”A”A”C”A’第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C17第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C’A’D’A”第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C182．波晶片——位相延遲片作用是生成在同一方向傳播、但存在一定位相差的o光和e光。通過對晶體的切割，可以得到如下兩種形式的晶片d當(dāng)稱作四分之一波片，使得正交的偏振光產(chǎn)生/2位相差當(dāng)稱作二分之一波片，使得正交的偏振光產(chǎn)生位相差當(dāng)稱作全波片，使得正交的偏振光產(chǎn)生2位相差第四節(jié)晶體光學(xué)器件2．波晶片——位相延遲片作用是生成在同一方向傳播、但存在19第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測偏振光的一般參數(shù)方程為振動矢量軌跡方程為1.垂直振動的合成第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測偏振光的一般參數(shù)20第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測線偏振光=0，圓偏振光=/2Ax=Ay圓偏振光不等于0，的其它值1.垂直振動的合成第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測線偏振光212.橢圓偏振光和圓偏振光的獲得第一步，讓自然光通過偏振片，得到線偏振光第二步，讓線偏振光通過一塊波晶片，設(shè)法產(chǎn)生具有一定相位差的正交的兩個振幅通過以下兩個步驟可以獲得橢圓偏振光和圓偏振光：第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測透光軸方向光軸方向AAAxAy2.橢圓偏振光和圓偏振光的獲得第一步，讓自然光通過偏振片，222.橢圓偏振光的獲得通過上述兩個步驟可以獲得：線偏振光橢圓偏振光圓偏振光1．偏振方向與晶片光軸平行或垂直，偏振方向不變２．偏振方向與晶片光軸有一夾角，晶片產(chǎn)生位相差為=；偏振方向?qū)⑿D(zhuǎn)２

偏振方向與晶片光軸有一夾角不為零，晶片產(chǎn)生位相差為不等于0，的其它值在滿足產(chǎn)生橢圓偏振光的同時，滿足=/2Ax=Ay第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測2.橢圓偏振光的獲得通過上述兩個步驟可以獲得：線偏振光橢圓233.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測對于線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光，當(dāng)其入射到波晶片上時，總可以按照光軸方向分解成如下正交分量：當(dāng)這些偏振光通過波晶片時，波晶片的作用是改變相位差，因而，其偏振態(tài)有可能發(fā)生改變，設(shè)，由于波晶片的的相位延遲所改變的相位差為，則，出射的偏振態(tài)可以表示為：入射時是哪一種偏振，主要取決于相位差入出射時是哪一種偏振，主要取決于相位差=入+3.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和243.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測以四分之一波晶片為例討論偏振態(tài)的變化對于線偏振光，入=0或?qū)τ趫A偏振光，入=/2對于橢圓偏振光，入=與橢圓主軸與晶片光軸的方位有關(guān)oeooee3.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和253.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測以四分之一波晶片為例討論偏振態(tài)的變化入射光/4片光軸取向出射光線偏振E軸或o軸與偏振方向一致=0，或線偏振E軸或o軸與偏振方向45o角=/2，圓偏振其它方向橢圓偏振圓偏振任意取向=0，或線偏振橢圓偏振E軸或o軸與橢圓主軸一致=0，或線偏振其它方向橢圓偏振3.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和264．橢圓偏振光的檢測利用偏振片將偏振光可分為三類：線偏振光圓偏振光或自然光橢圓偏振光或部分偏振光利用四分之一波片即可把圓偏振光和自然光、橢圓偏振光和部分偏振光區(qū)分開來第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測其原理是，圓偏振光和橢圓偏振光通過四分之一波晶片后，可能成為線偏振光，而自然光和部分偏振光則不會。然后再利用偏振片檢測從晶片出射的光，既可以判定圓偏振光和自然光、橢圓偏振光和部分偏振光4．橢圓偏振光的檢測利用偏振片將偏振光可分為三類：線偏振光274．橢圓偏振光的檢測橢圓偏振光圓偏振光轉(zhuǎn)動晶片，使得光軸與光強(qiáng)極大或極小方向一致，如果是橢圓偏振光，此時相對于晶片就是正橢圓，經(jīng)過晶片后，Ex和Ey在原有的位相差=/2基礎(chǔ)上，又加上位相差=/2，總的位相差為0或，變?yōu)榫€偏振光。經(jīng)過晶片后，Ex和Ey在原有的位相差=/2基礎(chǔ)上，又加上位相差=/2，總的位相差為0或，變?yōu)榫€偏振光。第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測4．橢圓偏振光的檢測橢圓偏振光圓偏振光轉(zhuǎn)動晶片28作業(yè)：6-206-256-296-35作業(yè)：6-206-256-29629第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏振器1晶體偏振器2偏振片1產(chǎn)生線偏振光，照射到晶體，線偏振光根據(jù)光軸取向，分成兩個正交的偏振態(tài)。兩個正交的偏振態(tài)在晶體中分別是o光和e光。經(jīng)過晶片后，兩個光產(chǎn)生相位差：第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏30第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏振器P1晶體偏振器P2從晶體中出射的兩個正交的偏振光繼續(xù)傳播到偏振器2，兩個偏振光沿著偏振器2透光軸的投影可以通過，并被透鏡會聚到觀察面上。由于這兩束光存有相位差，在會聚點(diǎn)將發(fā)生干涉。如果晶片的厚度不均勻，各點(diǎn)產(chǎn)生的相位差就有變化，在觀察屏上就可以看到干涉條紋。第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏31第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布偏振器1晶體偏振器2光軸P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布偏振器1晶32P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布Ee2與Eo2在觀察屏上發(fā)生干涉，合成的電場為：P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸第六節(jié)偏振光的33第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布根據(jù)光強(qiáng)的定義，最后得到觀察面上光強(qiáng)：注意相位差不僅僅是由于波晶片引起，如果入射到晶片上的光不是線偏振光，而是橢圓（圓）偏振光，則一開始就存在相位差。另一方面，兩個偏振片的相對方位不同，也會引起相位差的變化。P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸P1P2E1EeEo光軸Eo2Ee2第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布根據(jù)光強(qiáng)的34第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布若o光和e光在P2上投影方向一致，則得到觀察面上光強(qiáng)：若o光和e光在P2上投影方向相反，則得到觀察面上光強(qiáng)：第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布若o光和e35第六節(jié)偏振光的干涉3.色偏振在偏振光的干涉裝置中，如果入射的光是多色光，則在干涉平面上可能會出現(xiàn)彩色干涉條紋，這是因?yàn)楦缮婀鈴?qiáng)與波長有關(guān)，當(dāng)有些波長相長時，另一些波長可能會相消中的相位差：可以證明，如果在P1和P2平行時相長得波長，在P1和P2垂直時相消。為什么？第六節(jié)偏振光的干涉3.色偏振在偏振36第六節(jié)偏振光的干涉4.偏振光的干涉條紋當(dāng)厚度滿足o光e光設(shè)o光和e光在P2上投影方向一致時，出現(xiàn)亮紋當(dāng)厚度滿足時，出現(xiàn)暗紋如果o光和e光在P2上投影方向相反，結(jié)果如何？第六節(jié)偏振光的干涉4.偏振光的干涉條紋當(dāng)厚度滿足o光37第六節(jié)偏振光的干涉5.偏振光干涉的應(yīng)用——光測彈性術(shù)o光e光一些各向同性物體，當(dāng)受到外界作用時，也會產(chǎn)生各向異性現(xiàn)象，因而也會產(chǎn)生雙折射。外界作用包括擠壓、退火不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力，以及電磁場的作用等等。利用這一現(xiàn)象觀察它們的偏振光干涉，可以研究物體受力分布，稱作光測彈性術(shù)第六節(jié)偏振光的干涉5.偏振光干涉的應(yīng)用——光測彈性術(shù)38第六節(jié)偏振光的干涉6.克爾效應(yīng)和泡克耳效應(yīng)各向同性物體在電場作用下產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，稱作克爾效應(yīng)。產(chǎn)生的相位差：單軸晶體在電場作用下變成雙軸晶體，沿原來光軸方向產(chǎn)生附加的雙折射效應(yīng)，稱作泡克耳效應(yīng)。產(chǎn)生的附加相位差：第六節(jié)偏振光的干涉6.克爾效應(yīng)和泡克耳效應(yīng)39第六節(jié)偏振光的干涉6.克爾效應(yīng)和泡克耳效應(yīng)各向同性物體在電場作用下產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，稱作克爾效應(yīng)。產(chǎn)生的相位差：單軸晶體在電場作用下變成雙軸晶體，沿原來光軸方向產(chǎn)生附加的雙折射效應(yīng)，稱作泡克耳效應(yīng)。產(chǎn)生的附加相位差：第六節(jié)偏振光的干涉6.克爾效應(yīng)和泡克耳效應(yīng)40第七節(jié)旋光1.旋光現(xiàn)象設(shè)晶體的光軸方向如圖所示，P1和P2透光軸正交，是否有光從P2通過？P1P2因?yàn)閛光和e光沿光軸方向傳播不產(chǎn)生任何相位差，所以沒有光透過P2。第七節(jié)旋光1.旋光現(xiàn)象設(shè)晶體的光軸方向如圖所示41第七節(jié)旋光1.旋光現(xiàn)象但是，對于有些晶體，盡管晶體的光軸方向也如圖所示，P1和P2透光軸正交，卻有光從P2通過，但若把P2旋轉(zhuǎn)一個角度，仍可以消光。例如石英晶體就會有這種現(xiàn)象，但方解石沒有這種現(xiàn)象。P1P2這個現(xiàn)象說明什么？第七節(jié)旋光1.旋光現(xiàn)象但是，對于有些晶體，盡管42第七節(jié)旋光1.旋光現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，偏振光的旋轉(zhuǎn)角度正比于晶體的厚度：P1P2這一現(xiàn)象稱作旋光現(xiàn)象。旋光晶體有左旋光晶體和右旋光晶體。稱作旋光晶體的旋光率，它與入射光的波長有關(guān)第七節(jié)旋光1.旋光現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，偏振光的旋轉(zhuǎn)43第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋一個線偏振光總可以分解成兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光。即一個是右旋圓偏振，一個是左旋圓偏振。tt第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋一個44第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋在旋光晶體中，當(dāng)線偏振光沿光軸方向傳播時，兩個圓偏振光的傳播速度不一樣。經(jīng)過一定距離傳播后，右旋圓偏振光和左旋圓偏振光存在一定的相位差。再合成線偏振光時，線偏振光就比原來偏振方向旋轉(zhuǎn)了一個角度。這種解釋稱作菲涅耳假說。tttt第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋在旋45第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋P1P2設(shè)左旋圓偏振光的速度為vL，右旋圓偏振速度為vR，定義與之相對應(yīng)的折射率：則兩個圓偏振通過晶片后各自的相位延遲為：第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋P1P246第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋tttt經(jīng)過晶片后，兩束光的相位差為：入射時出射時合成的線偏振光與原來方向旋轉(zhuǎn)了一個角度：第七節(jié)旋光2.旋光現(xiàn)象的解釋tttt47第七節(jié)旋光3.菲涅耳假說的驗(yàn)證RRLL第七節(jié)旋光3.菲涅耳假說的驗(yàn)證RRLL48第七節(jié)旋光4.旋光晶體中的波面5.量糖術(shù)通過測量物質(zhì)的旋光性從而測量物質(zhì)的含量的技術(shù)，本技術(shù)因?yàn)闇y量糖的濃度而得名食糖、氯霉素等物質(zhì)具有旋光性，測量其濃度可用如下裝置：消光方向第七節(jié)旋光4.旋光晶體中的波面5.量糖術(shù)49第七節(jié)旋光6.磁致旋光——法拉第效應(yīng)一些物質(zhì)在磁場的作用下會產(chǎn)生旋光現(xiàn)象第七節(jié)旋光6.磁致旋光——法拉第效應(yīng)一些物質(zhì)在50本章結(jié)束tt本章結(jié)束tt51光學(xué)2008年12月參考教材

趙凱華編著：新概念物理學(xué)《光學(xué)》光學(xué)2008年12月參考教材趙凱華編著：52

雙折射現(xiàn)象（1）o光和e光尋常光——o光非常光——e光一束光入射到晶體中折射成兩束，兩束光分別為線偏振光，并互相垂直第三節(jié)雙折射主要以單軸晶體為研究對象，討論光在各向異性媒質(zhì)中的傳播規(guī)律雙折射現(xiàn)象——尋常光（ordinarylight），非常光（extraordinarylight）光在晶體中的波面雙折射現(xiàn)象（1）o光和e光尋常光——o光非常光——53（2）晶體的光軸在雙折射晶體中，存在著一個方向，當(dāng)光沿著這個方向傳播時，o光和e光不分開。這個方向稱做晶體的光軸。對于方解石，光軸的方向是從三個鈍角面匯合的頂點(diǎn)發(fā)出并于三個界面成等角的方向。78o102o78o102o102o冰洲石（方解石）晶體的結(jié)構(gòu)及其光軸方向第三節(jié)雙折射雙折射現(xiàn)象（2）晶體的光軸在雙折射晶體中，存在著一個方向，當(dāng)光沿54（3）晶體的主截面光線向晶體的某界面入射，此界面的法線與晶體光軸形成的平面稱做晶體的主截面雙折射現(xiàn)象第三節(jié)雙折射（3）晶體的主截面光線向晶體的某界面入射，此55（4）晶體的主平面光線在晶體中轉(zhuǎn)播時，光線與晶體光軸形成的平面稱做晶體的主截面在晶體中，o光的偏振方向垂直于自己的主平面，e光的偏振方向平行于自己的主平面雙折射現(xiàn)象第三節(jié)雙折射（4）晶體的主平面光線在晶體中轉(zhuǎn)播時，光線與晶體光軸形成562．單軸晶體中的波面（1）單軸晶體和雙軸晶體晶體中只有一個光軸方向的晶體稱作單軸晶體，例如：冰洲石、石英、紅寶石、冰等晶體中有兩個光軸方向的晶體稱作雙軸晶體，例如：云母、藍(lán)寶石、硫磺等（2）單軸晶體中波面設(shè)單軸晶體中有一個點(diǎn)光源，它發(fā)出的光波在晶體中傳播時，將形成兩個波面：球面波和橢球面波。分別對應(yīng)o光和e光波面。o光在各個方向傳播速度相同，e光顯示各項(xiàng)異性，即各個方向傳播速度不同。在光軸方向，e光的速度等于o光的速度光軸光軸負(fù)軸晶體ve>vo負(fù)軸晶體ve<vo例如:冰洲石例如:石英第三節(jié)雙折射2．單軸晶體中的波面（1）單軸晶體和雙軸晶體晶體中只有一個光57（3）單軸晶體中光波的偏振態(tài)在單軸晶體中o光偏振方向垂直于自己的主平面e光偏振方向平行于自己的主平面o光e光（4）關(guān)于折射率當(dāng)光在晶體中傳播時，不管是o光還是e光，都可按下述公式定義折射率按此定義，晶體對于o光，各個方向的折射率相同，設(shè)為no；而對于e光，各個方向上折射率是不同的。我們定義與光軸垂直方向上的e光折射為ne.no和ne合稱為晶體的主折射率對于正晶體，no<ne

對于負(fù)晶體，no>ne

2．單軸晶體中的波面第三節(jié)雙折射（3）單軸晶體中光波的偏振態(tài)在單軸晶體中o光偏振方向垂直于自58第三節(jié)雙折射波長(nm)方解石水晶nonenone404.6561.681341.496941.557161.56671546.0721.661681.487921.546171.55535589.25091.658361.486411.544251.55336單軸晶體的折射率（no和ne）誰是正晶體誰是負(fù)晶體？第三節(jié)雙折射波長方解石水晶nonenone404.65593．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向（1）畫平行的入射光束兩邊緣光線（2）作垂線AB，量出BB'的長度（3）以A點(diǎn)為圓心，BB'/n為半徑畫半圓（4）經(jīng)B'點(diǎn)畫半圓的切線（5）經(jīng)A點(diǎn)連接切點(diǎn)A'，AA'方向即為折射光線傳播的方向在各向同性介質(zhì)界面上光線傳播的惠更斯作圖法原理是：第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向（1）畫平行的入射603．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向在雙軸晶體界面上光線傳播的惠更斯作圖法原理是：（1）畫平行的入射光束兩邊緣光線（2）作垂線AB，量出BB'的長度（3）以A點(diǎn)為中心，BB‘/no為半徑畫半圓；BB‘/ne為半軸畫橢圓（4）經(jīng)B‘點(diǎn)分別畫半圓和橢圓的切線（5）經(jīng)A點(diǎn)連接切點(diǎn)Ao‘、Ae’。AAo‘、和AAe’方向分別為o光和e光折射光線傳播的方向第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向在雙軸晶體界面上光613．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于界面，光線正入射第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于界面，光623．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸平行于界面，光線正入射第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸平行于界面，光633．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于入射面，光線斜入射第三節(jié)雙折射3．用惠更斯作圖法確定晶體中光波的轉(zhuǎn)播方向光軸垂直于入射面，64第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器利用晶體雙折射的o光和e光都是100%的線偏振光的原理制作的偏振器件（1）洛匈棱鏡ieie’第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器利用晶體雙折射的o光65利用晶體雙折射的o光和e光都是100%的線偏振光的原理制作的偏振器件（2）渥拉斯頓棱鏡e光o光o光e光第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器o光e光o光e光利用晶體雙折射的o光和e光都是100%的線偏振光的原理制作的66（3）尼科耳棱鏡第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器DACBEFC”C’B’A’D’A”方解石晶體結(jié)構(gòu)分析（3）尼科耳棱鏡第四節(jié)晶體光學(xué)器件1．晶體偏振器DA67第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C’A’D’A”CC”A”A”C”A’第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C68第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C’A’D’A”第四節(jié)晶體光學(xué)器件B’DACBEFC”A”EFC”C692．波晶片——位相延遲片作用是生成在同一方向傳播、但存在一定位相差的o光和e光。通過對晶體的切割，可以得到如下兩種形式的晶片d當(dāng)稱作四分之一波片，使得正交的偏振光產(chǎn)生/2位相差當(dāng)稱作二分之一波片，使得正交的偏振光產(chǎn)生位相差當(dāng)稱作全波片，使得正交的偏振光產(chǎn)生2位相差第四節(jié)晶體光學(xué)器件2．波晶片——位相延遲片作用是生成在同一方向傳播、但存在70第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測偏振光的一般參數(shù)方程為振動矢量軌跡方程為1.垂直振動的合成第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測偏振光的一般參數(shù)71第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測線偏振光=0，圓偏振光=/2Ax=Ay圓偏振光不等于0，的其它值1.垂直振動的合成第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測線偏振光722.橢圓偏振光和圓偏振光的獲得第一步，讓自然光通過偏振片，得到線偏振光第二步，讓線偏振光通過一塊波晶片，設(shè)法產(chǎn)生具有一定相位差的正交的兩個振幅通過以下兩個步驟可以獲得橢圓偏振光和圓偏振光：第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測透光軸方向光軸方向AAAxAy2.橢圓偏振光和圓偏振光的獲得第一步，讓自然光通過偏振片，732.橢圓偏振光的獲得通過上述兩個步驟可以獲得：線偏振光橢圓偏振光圓偏振光1．偏振方向與晶片光軸平行或垂直，偏振方向不變２．偏振方向與晶片光軸有一夾角，晶片產(chǎn)生位相差為=；偏振方向?qū)⑿D(zhuǎn)２

偏振方向與晶片光軸有一夾角不為零，晶片產(chǎn)生位相差為不等于0，的其它值在滿足產(chǎn)生橢圓偏振光的同時，滿足=/2Ax=Ay第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測2.橢圓偏振光的獲得通過上述兩個步驟可以獲得：線偏振光橢圓743.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測對于線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光，當(dāng)其入射到波晶片上時，總可以按照光軸方向分解成如下正交分量：當(dāng)這些偏振光通過波晶片時，波晶片的作用是改變相位差，因而，其偏振態(tài)有可能發(fā)生改變，設(shè)，由于波晶片的的相位延遲所改變的相位差為，則，出射的偏振態(tài)可以表示為：入射時是哪一種偏振，主要取決于相位差入出射時是哪一種偏振，主要取決于相位差=入+3.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和753.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測以四分之一波晶片為例討論偏振態(tài)的變化對于線偏振光，入=0或?qū)τ趫A偏振光，入=/2對于橢圓偏振光，入=與橢圓主軸與晶片光軸的方位有關(guān)oeooee3.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和763.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測以四分之一波晶片為例討論偏振態(tài)的變化入射光/4片光軸取向出射光線偏振E軸或o軸與偏振方向一致=0，或線偏振E軸或o軸與偏振方向45o角=/2，圓偏振其它方向橢圓偏振圓偏振任意取向=0，或線偏振橢圓偏振E軸或o軸與橢圓主軸一致=0，或線偏振其它方向橢圓偏振3.偏振光通過波晶片以后偏振態(tài)的變化第五節(jié)圓偏振光和774．橢圓偏振光的檢測利用偏振片將偏振光可分為三類：線偏振光圓偏振光或自然光橢圓偏振光或部分偏振光利用四分之一波片即可把圓偏振光和自然光、橢圓偏振光和部分偏振光區(qū)分開來第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測其原理是，圓偏振光和橢圓偏振光通過四分之一波晶片后，可能成為線偏振光，而自然光和部分偏振光則不會。然后再利用偏振片檢測從晶片出射的光，既可以判定圓偏振光和自然光、橢圓偏振光和部分偏振光4．橢圓偏振光的檢測利用偏振片將偏振光可分為三類：線偏振光784．橢圓偏振光的檢測橢圓偏振光圓偏振光轉(zhuǎn)動晶片，使得光軸與光強(qiáng)極大或極小方向一致，如果是橢圓偏振光，此時相對于晶片就是正橢圓，經(jīng)過晶片后，Ex和Ey在原有的位相差=/2基礎(chǔ)上，又加上位相差=/2，總的位相差為0或，變?yōu)榫€偏振光。經(jīng)過晶片后，Ex和Ey在原有的位相差=/2基礎(chǔ)上，又加上位相差=/2，總的位相差為0或，變?yōu)榫€偏振光。第五節(jié)圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢測4．橢圓偏振光的檢測橢圓偏振光圓偏振光轉(zhuǎn)動晶片79作業(yè)：6-206-256-296-35作業(yè)：6-206-256-29680第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏振器1晶體偏振器2偏振片1產(chǎn)生線偏振光，照射到晶體，線偏振光根據(jù)光軸取向，分成兩個正交的偏振態(tài)。兩個正交的偏振態(tài)在晶體中分別是o光和e光。經(jīng)過晶片后，兩個光產(chǎn)生相位差：第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏81第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏振器P1晶體偏振器P2從晶體中出射的兩個正交的偏振光繼續(xù)傳播到偏振器2，兩個偏振光沿著偏振器2透光軸的投影可以通過，并被透鏡會聚到觀察面上。由于這兩束光存有相位差，在會聚點(diǎn)將發(fā)生干涉。如果晶片的厚度不均勻，各點(diǎn)產(chǎn)生的相位差就有變化，在觀察屏上就可以看到干涉條紋。第六節(jié)偏振光的干涉1.偏振光干涉的一般裝置o光e光偏82第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布偏振器1晶體偏振器2光軸P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布偏振器1晶83P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布Ee2與Eo2在觀察屏上發(fā)生干涉，合成的電場為：P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸第六節(jié)偏振光的84第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布根據(jù)光強(qiáng)的定義，最后得到觀察面上光強(qiáng)：注意相位差不僅僅是由于波晶片引起，如果入射到晶片上的光不是線偏振光，而是橢圓（圓）偏振光，則一開始就存在相位差。另一方面，兩個偏振片的相對方位不同，也會引起相位差的變化。P1P2E1EeEoEo2Ee2光軸P1P2E1EeEo光軸Eo2Ee2第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布根據(jù)光強(qiáng)的85第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布若o光和e光在P2上投影方向一致，則得到觀察面上光強(qiáng)：若o光和e光在P2上投影方向相反，則得到觀察面上光強(qiáng)：第六節(jié)偏振光的干涉2.偏振光干涉的強(qiáng)度分布若o光和e86第六節(jié)偏振光的干涉3.色偏振在偏振光的干涉裝置中，如果入射的光是多色光，則在干涉平面上可能會出現(xiàn)彩色干涉條紋，這是因?yàn)楦缮婀鈴?qiáng)與波長有關(guān)，當(dāng)有些波長相長時，另一些波長可能會相消中的相位差：可以證明，如果在P1和P2平行時相長得波長，在P1和P2垂直時相消。為什么？第六節(jié)偏振光的干涉3.色偏振在偏振87第六節(jié)偏振光的干涉4.偏振光的干涉條紋當(dāng)厚度滿足o光e光設(shè)o光和e光在P2上投影方向一致時，出現(xiàn)亮紋當(dāng)厚度滿足時，出現(xiàn)暗紋如果o光和e光在P2上投影方向相反，結(jié)果如何？第六節(jié)偏振光的干涉4.偏振光的干涉條紋當(dāng)厚度滿足o光88第六節(jié)偏振光的干涉5.偏振光干涉的應(yīng)用——光測彈性術(shù)o光e光一些各向同性物體，當(dāng)受到外界作用時，也會產(chǎn)生各向異性現(xiàn)象，因而也會產(chǎn)生雙折射。外界作用包括擠壓、退火不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力，以及電磁場的作用等等。利用這一現(xiàn)象觀察它們的偏振光干涉，可以研究物體受力分布，稱作光測彈性術(shù)第六節(jié)偏振光的干涉5.偏振光干涉的應(yīng)