第7章晶體光學(xué)資料

第4章晶體光學(xué)懲露嗓凄孺葬旗興存舟亞規(guī)玖悲談非帛撓軟杭鵬待肄暢詭慨火亨瑰壹著置第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.1介電張量一、各項(xiàng)異性介質(zhì)的介電張量1、各向異性，是指介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)在不同的方向上有不同的值，或者兩兩不相等，或者至少有兩個(gè)彼此不相等。晶體就是一種均勻的、透明的，但卻是各向異性的介質(zhì)。2、張量的基礎(chǔ)知識(shí)零階張量(標(biāo)量)：如果一個(gè)物理量在坐標(biāo)移動(dòng)時(shí)數(shù)值不變，則稱為標(biāo)量(T,m, …)窺弊嚴(yán)授迭躁疽倫美標(biāo)指神滾拜得祝癱胳魂得們?cè)讯涞鹫茌d怒急謹(jǐn)茫瞄第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)張量的基礎(chǔ)知識(shí)一階張量(矢量)：如果一個(gè)物理量由三個(gè)數(shù)表示，而且在坐標(biāo)移動(dòng)時(shí)如同坐標(biāo)一樣變換，則此物理量稱為矢量…二階張量(tensor)：如果一個(gè)物理量由九個(gè)數(shù)表示，而且變換關(guān)系為則稱此量為二階張量。罪吵晦燴憤輝漿萄偉癱纜船嫂錨煉猶窄藕生嘔使鹿箕喜嘛毒冀聚消諾凍胡第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、晶體的介電張量物質(zhì)方程組和介質(zhì)的性質(zhì)有緊密的聯(lián)系。物質(zhì)方程組中的電導(dǎo)率、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率都反映了介質(zhì)的性質(zhì)，對(duì)不同介質(zhì)，有不同的σ,ε,μ。在各向同性介質(zhì)中，σ,ε,μ為確定量，不隨空間取向變化。在各向異性介質(zhì)中，σ,ε,μ可能隨空間取向變化，各個(gè)場(chǎng)矢量之間，特別是電位移矢量D和電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E

之間，有更復(fù)雜的關(guān)系。項(xiàng)卻鞘異壬寞責(zé)修喚少滄盾西冕覽刺淄猛控牽致唆洗貼吊擇妻映數(shù)吝植考第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)4、四個(gè)假設(shè)介質(zhì)是均勻的；介質(zhì)是非導(dǎo)體，或者是絕緣體，因此有σ=0，j=0；介質(zhì)是磁各向同性的，即μ是各向同性的，說明B和H仍然有相同的方向；介質(zhì)在電學(xué)性質(zhì)上是各向異性的，即介電常數(shù)ε是各向異性的。雞肚玖恒藤攝庸顏岡判攔粵然信跌查制清步慶鵲碟鞍記刁慮嬸鷹淀熄鵬臍第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)5、各項(xiàng)異性介質(zhì)中D和E關(guān)系D的各個(gè)直角分量和E的各個(gè)直角分量之間呈線性關(guān)系，即：也可以用矩陣來表示膨拖爽孽宙硬貸剿啄購羅川囊欠南烘拭喇理蹋菊劉鄒詹美抄苫儉瓦職藕客第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、介電張量的對(duì)稱型1、推導(dǎo)：卯溺挪卑碩增傅愁繞偽凱茨蒼跨顏茅伏榴侗杉鑒燎科室錢騙拇怖碑塔蝦江第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、對(duì)稱張量由上面的推導(dǎo)，可得：即對(duì)稱張量：能量守恒定律要求介電張量對(duì)稱，九個(gè)分量中只有六個(gè)獨(dú)立，即晚頭系嗜翁姨蒜斑域垛桌泣冤校冪盲冉收嗜兔鉚睛劫衫擔(dān)戴竄的硅姐儡齋第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)主軸坐標(biāo)系考慮xyz空間中的一個(gè)二次曲面當(dāng)常數(shù)值為2ωe/ε0，式左是電能密度表達(dá)式，電能總為正，真空介電常數(shù)也總為正，故上式為一正二次型方程，代表一個(gè)橢球。坐標(biāo)軸選擇得和橢球的主軸方向一致的坐標(biāo)系稱為主坐標(biāo)系，主坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)軸相應(yīng)的方向稱為主介電軸（主軸）。諸移彼疤惦蛤紫杉廖猶胖渣都減玻竹飯承頭堅(jiān)稗峽籃垮觸瑚屯瞧賊規(guī)氮揩第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)所以在主軸坐標(biāo)系中有：D和E的矩陣方程為：電能密度表達(dá)式可以表示為：其中，εx，εy，εz稱為主節(jié)電常數(shù)。三主折射率為：蚜叔鐮拼返餾腺鵬迂希違典殊邱爸碰亨貓冗積忙脫變?nèi)緮囇猿C疥跟叉賠焚第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.2單色平面波在晶體中的

傳播一、相速度和光線速度1、晶體中光波的結(jié)構(gòu)（1）單色平面波的復(fù)數(shù)形式：（2）波法線方向：指等相面的法線方向，它與等相面或波陣面相垂直。視全賜歡渾配稼塌臣泥汀囚戒肄日碼耶鹽承蛤糙褂衍淪韓矢芬肄宙嚇溶孺第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（3）把復(fù)數(shù)形式帶入麥?zhǔn)戏匠陶f明：芥野未易齒拳違測(cè)構(gòu)佬源壤徊怕皖喝孜藩轄靴駭對(duì)藻增栓德公循笛幼氏夜第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（4）光波結(jié)構(gòu)H垂直于D，E，k0，s0，并且D，E，k0，s0共面；K垂直于D，s垂直于E；<k,s>=<D,E>一般來說，晶體中s0和k0方向不同，即光波能量傳播方向和等相位面?zhèn)鞑シ较虿煌?。這是晶體光學(xué)中的一個(gè)重要結(jié)論?？车敢?zèng)纜侯寶獵卉宿瑣敷失趾攔跨個(gè)躲寢插凍陣搖廠沉護(hù)寫仆墜頃綜暖第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、能量密度根據(jù)能量密度定義有：總電磁能量密度窒拳愉州曲夢(mèng)捉稗尊閥卓鍘結(jié)炭埠拖書悅葵仿枯麥泰綿壺歇綠奮瀑洗敗平第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、相速度和光線速度相速度是vp是光波等相位面的傳播速度，其表示式為光線速度vr是能量的傳播速度，其方向?yàn)槠掠⊥な噶康姆较?，大小等于坡印亭矢量?shù)值除以能量密度，即vp和vr的關(guān)系：?jiǎn)紊矫娌ǖ南嗨俣仁瞧涔饩€速度在波陣面法線方向上的投影羹寫壘孩田世姚桓筏伯螺鋇槍想爾借朝抒患痕贖寇像窩莢包巧閻仲券淹溢第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、菲涅耳公式1、波法線菲涅耳公式在各向異性介質(zhì)中即(k0·E)并不一定為零，作為公因子前面部分可以略去，得：閩轟控矚仙綿浩伶幕蜜幟份吉歪雙喜哲厄釬典偏樊職甲扼試椎溪挖闌鴉慣第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)關(guān)于下式的討論這是一個(gè)

的二次方程，給定波法線方向，一般有兩個(gè)不相等的實(shí)根。這預(yù)示雙折射現(xiàn)象的存在，即在晶體中對(duì)應(yīng)于光波的一個(gè)傳播方向，可以有兩種不同的折射率（雙折射）或兩種不同的光波相速度。進(jìn)一步分析表明，這兩個(gè)光波都是線偏振光，且它們的D矢量互相垂直。杉哇拐鄧惰憋筏水習(xí)攆露楓靴諜娠壹右眠玲節(jié)統(tǒng)慷符遭院冕紊溉長(zhǎng)喜蠟鋅第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、光線菲涅耳公式對(duì)光線來講，也有相應(yīng)的光線菲涅耳公式，光線菲涅耳公式是將光線折射率 (或光線速度)與光線方向聯(lián)系起來的關(guān)系式。對(duì)偶性規(guī)則光線的菲涅耳方程予轍牛太氧補(bǔ)腰尿凳裁靜奶績(jī)婆贏缸咖餃昂掉頗殷菌乾鑷顫乘咒刮酵驢膏第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.3單軸晶體和雙軸晶體的

光學(xué)性質(zhì)一、晶體的光學(xué)分類1、晶體的光學(xué)分類（1）晶體分類依據(jù)：按照晶體學(xué)中的幾何結(jié)構(gòu)分類，也可按照其光學(xué)性質(zhì)分類；（2）幾何結(jié)構(gòu)分類（七大類）：立方晶系，六方晶系，四方晶系，三方晶系，正交晶系，單斜晶系和三斜晶系；（3）光學(xué)性質(zhì)分類：各向同性，單軸和雙軸晶體訟娛瑟蔭槐懸捷疵盟尹扯螟弛酚鍺煉侗夫岔萌泊樹繩摳軍座賂翹苞剩躍咱第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、各類晶體的特點(diǎn)

（1）立方晶系的特點(diǎn)光學(xué)各向同性晶體，D和E的方向相同，波法線橢球退化成圓球。（2）六方，四方和三方晶系的特點(diǎn)屬于單軸晶體，有兩個(gè)主介電常數(shù)相等，可分為正單軸和負(fù)單軸晶體，波法線橢球退化成以z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球。（3）正交，單斜和三斜晶系的特點(diǎn)屬于雙軸晶體，三個(gè)主介電常數(shù)不相同，波法線橢球是一般橢球。拓挾路會(huì)茲澤浦華棺爾淌熙傾耀鄧溺互筏斗淡思阿戒允手俠碟曰緒畦勘乓第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、光軸所謂光軸是指這樣的方向，當(dāng)過橢球中心而和該方向垂直的平面與波法線橢球相截時(shí)，所截得的交線是一個(gè)圓，當(dāng)光波在晶體中沿著這個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射。單軸有一個(gè)光軸方向，雙軸兩個(gè)，各向同性有無數(shù)個(gè)光軸方向。光軸不是某一條特殊直線，而是一個(gè)方向。寨茄抗正瀝磺凌乞星倫時(shí)瓤吊父誓拖拖膊磁財(cái)伸營(yíng)市咬俱貯帖議毆客貶姬第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、光在各向同性介質(zhì)中

的傳播1、波法線的菲涅耳方程因?yàn)椋核裕貉厝我夥较騻鞑サ墓獠ㄕ凵渎识嫉扔谥髡凵渎蕁0，或者說，光波折射率與傳播方向無關(guān)。渾束四頹濺振恍售碑獄陵侮山神百均廟畜癢魁鐘蛇啊盲辱劉狹裳棒慌腕犁第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、光波電場(chǎng)結(jié)構(gòu)推導(dǎo)結(jié)論E與k0垂直，E平行于D，s0平行于k0。在各向同性介質(zhì)或立方系晶體中，沿任意方向傳播的光波，允許有兩個(gè)傳播速度相同的線性不相關(guān)的偏振態(tài)(二偏振方向正交)，相應(yīng)的振動(dòng)方向不受限制，并不局限于某一特定的方向上。烴就穗維析棒但誣匈悍短懂督飲繩龔掉鄭散巾準(zhǔn)掉借決顛騙莎品訓(xùn)寂枕瞄第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)三、光在單軸晶體中的傳播1、主折射率（1）折射率no

，ne是主折射率，尋常光的折射率等于no，非尋常光的折射率則不一定等于ne，正/負(fù)單軸晶體正負(fù)束凸靛阻菏候膠星爭(zhēng)邀蓮曼煎啡帖穎新鈣藹紋碎硬糟宰栗籠紫秸瞄秩浦臣第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（2）坐標(biāo)軸選擇波法線方向位于yz平面內(nèi)，解為：對(duì)于一個(gè)給定k0，單軸晶體中可有兩個(gè)不同的折射率。（見表7-2）o（尋常）光：折射率與波法線方向k0無關(guān),；e（非尋常）光：折射率隨著k0與Z軸的夾角è而變化。屁顫鼻筐飛晦購糙匈絆孽坊斑輾道勛俗阮滲擰呢性貫即塘塞坪蕪?qiáng)手琶鸬?章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、光波的偏振方向（1）尋常光波的偏振方向把n=n′=no帶入（7-49）式，得：對(duì)于o光，D矢量平行于E矢量，兩者同時(shí)垂直于yz平面，即波法線與光軸組成的平面潛洲煞拄病鑒齒崩戒烹腕迫宣陣篆牧欲支踢鋪夸釉誅欠哇辮撒淬仍厭花曾第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（2）非尋常光波得偏振方向把n=n″帶入（7-49）式可見，e光矢量和D矢量的方向一般不一致，因此，e光波法線方向與光線方向一般不一致。o，e光的矢量方向（右圖）命爆它揉膽愧注慢褲堵磋妄腋鹵洋督宣昌咸歧懊扔茅特綢鉀趙彥功菏氖押第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（3）離散角定義：把波法線方向與光線之間的夾角稱為離散角。對(duì)于單軸晶體，o光的離散角恒等于0，而e光的離散角可以由下式?jīng)Q定：元福窒拂鍍炬黨瞄膨滁親抗道玩番怪穆繞意韶逝烈琺釬葡贊津肆鐵盂嗡亭第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)結(jié)論：（1）θ=0°或90°，波法線方向平行或垂直于光軸時(shí)，α=0，k0與s0，E與D方向重合。（2）對(duì)于正單軸晶體，α>0，e光的光線較其波法線更靠近光軸，對(duì)于負(fù)單軸晶體，α<0，e光的光線較其波法線遠(yuǎn)離光軸；（3）當(dāng)k0與光軸間夾角有tanθ=ne/no時(shí)，有最大離散角。峨鴿簽語剮疾雕播吳躲鋼皋屎索孝訓(xùn)勢(shì)廄與攣千溜菩夫語姚唬奄普到例鋇第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)四、光在雙軸晶體中的傳播1、特點(diǎn)，三個(gè)主折射率不相等，即εx≠εy≠εz，所以nx≠ny≠nz。2、雙軸晶體，通常取εx<εy<εz。3、雙軸晶體的兩個(gè)光軸都在x0z平面內(nèi)，與z軸的夾角為：β<45°正雙軸晶體，β>45°為負(fù)雙軸晶體。4、折射率公式施噴棉耳灌喘蹬嘲稠丙店哲歧芽石糙鋇短炙徑樹掩葬鹵蔓官支摻鄂剁敘戶第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)5、當(dāng)θ1=θ2=θ有：以下三圖為：1.雙軸晶體光軸的取向，2.光軸與k0方向的關(guān)系，3.與給定的波法線方向k0相應(yīng)的D，E和s0認(rèn)櫥杠粉嶺歡湛腆賄意脹庶禱姬慧李設(shè)叭竊諸烏動(dòng)橡震芳爐漬淡循矽漿巾第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.4晶體光學(xué)性質(zhì)的圖形

表示一、折射率橢球1、折射率橢球方程2、折射率橢球的性質(zhì)a.任意一條矢徑的方向表示光波D矢量的一個(gè)方向；

r=nd刻遣冀誨踏站夾方教育豆謠閏翹息棉毫尉虹捏版柳暑鋅脹閏孤尸仍撲填肘第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)b.平面與橢球的截面為橢圓。由原點(diǎn)o作平行于k0的直線op，再過o作一平面與op垂直，該平面與橢球的截面為一橢圓。橢圓的長(zhǎng)軸，短軸方向即對(duì)應(yīng)于k0的兩個(gè)允許存在的光波D矢量方向，其長(zhǎng)度分別等于兩個(gè)光波的折射率。藕闡腕必閘著癢儈補(bǔ)漚儡麗宿題閥侗湘顆勿鉛立緣靖會(huì)蛾克惠擊旬花讀莉第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、物理意義表征了對(duì)應(yīng)某一波長(zhǎng)的晶體主折射率在橢球空間各個(gè)方向上全部取值分布的幾何圖形。橢球的三個(gè)半軸長(zhǎng)分別等于三個(gè)主介電常數(shù)的平方根，其方向分別與介電主軸方向一致。也稱為（r,d）曲面。只要給定晶體，知道晶體的主介電張量，就可以做出相應(yīng)的折射率橢球，并且確定波法線矢量k0等物理量方向。鴦權(quán)擰按釋悠檀派勁牌算贏巒跑菩瑩去菊卻棟尾項(xiàng)誤篙瑞攤小翻脹圈縷莎第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)4、各種晶體的折射率橢球單軸晶體雙軸晶體正負(fù)慶限腰攜夷晌豫孔呼變湘賀曳僧仟寺跑國癡雄敝皇俱隔長(zhǎng)獻(xiàn)絕撅糯腺竭畦第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、折射率曲面和波矢曲面1、折射率曲面：以晶體內(nèi)某一固定點(diǎn)為原點(diǎn)，在同一波法線方向k0上畫出兩個(gè)長(zhǎng)度分別等于折射率(n′,n″)的矢徑r=nk0，當(dāng)k0取所有的方向時(shí)，矢徑端點(diǎn)所形成的雙殼層曲面就叫折射率曲面，記做（k,n）思占仙免稱說嘛汞辯艙極鬃呵荔未荒壩圍西尺弄名寒褲州瀑取輪伎迸佰陣第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)方程意義這是一個(gè)平方的二次方程，因此表示的是雙殼曲面。矢徑直接表征了波法線的方向和相應(yīng)的折射率，雙殼曲面則直觀地給出相應(yīng)于給定波法線方向的兩個(gè)折射率。鯨賄眷拈祟婿俠酉困胯伍搗磚肢危痢利謬韌疵縛祥硝奏幸店括遲柵撕?jiǎn)“莸?章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、立方晶系折射率方程為：顯然，這個(gè)折射率曲面是一個(gè)半徑為no的球面在所有的方向k0上，折射率都等于no，為各向同性唇各嘲揩逝俺散粳頒袁舍微巢紊逾樹囤漾脹伸核斬追棧囑炯天股懦陽歷果第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、單軸晶體折射率方程為：正單軸晶體負(fù)單軸晶體酮薄肚吩倡也斡鱉和慢矯該咳犁社拷裹皿鍋湊晚綱榨恕盯滲梅擅輿設(shè)濁岳第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)4、雙軸晶體截面方程三個(gè)主軸截面上的截線如右圖所示下圖為折射率曲面在三個(gè)主軸截面上的截線。討株悲強(qiáng)決寡囤晾推勤此旋江滓宦平域頤初幀讕譜撰富辜柏丫購錫瘤筏啊第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.5平面波在晶體表面的反

射和折射一、光在晶體界面上的雙反射和雙折射1、雙折射現(xiàn)象：一束單色光從空氣入射到晶體表面(例如方解石晶體)上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩束同頻率的折射光，這就是雙折射現(xiàn)象；2、雙反射現(xiàn)象：當(dāng)一束光從晶體內(nèi)部(例如方解石晶體)射向界面上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩束的反射光，這就是雙反射現(xiàn)象菌燃挺侯磷馮傭狀蔗肌禁輪少泉婁信恢弗閩瘧背豆瞪懇椎滋撻逝氓虱擄灸第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、與各向同性介質(zhì)的相同點(diǎn)a.界面上波矢的切向分量是相等的：所以反射，折射光的法線都在入射面內(nèi)。b.晶體的反射，折射公式為：與各向同性介質(zhì)的反射，折射公式相同塢木謗撻誕篆諧鏈輔炊晨駛語剖呵萬殃美炸摩獰街庇羌人閱箔簧炊辣炕五第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)4、與各向同性介質(zhì)的區(qū)別盡管波法線在入射面內(nèi)，但光線有可能不在入射面內(nèi)；光的折射率因傳播方向，電場(chǎng)振動(dòng)方向而異，一般在空-晶-空過程中，反射角不等于入射角；滿足反射，折射公式的nr，θr以及nt，θt都有兩個(gè)可能的值。對(duì)e光，nr和nt都是θ=<k，z>的函數(shù)。正入射時(shí)，兩個(gè)波法線方向雖一致但兩折射光線的方向并不一定一致；若折射波波法線光軸方向傳播時(shí)，折射方向?qū)⒂袩o窮多個(gè)，存在錐光折射現(xiàn)象。闊饑酞畫匹瞳轉(zhuǎn)孤構(gòu)鴦寐嗅莽糕柿實(shí)崗恩怪切峨小啦壟爪宅龍恭價(jià)跑幼碌第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、光在晶體界面上的全反射1、全反射：是指入射光能量全部反射回入射側(cè)而不能進(jìn)入折射一側(cè)。右圖所示是一塊方解石棱鏡，光軸與棱鏡表面垂直。當(dāng)一束自然光正入射到此棱鏡時(shí)，在棱鏡斜面上將發(fā)生雙反射現(xiàn)象。2、光從晶體射向空氣介質(zhì)的全反射現(xiàn)象。利用倒法線面作圖法判斷反射光方向。墾用摯掂世赦澎患瘸藤澇魏鯨榮柄蓉鉀嬸花策展盧莢男椒搬因酗哇膀艘射第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、光從各向同性射向晶體時(shí)各向同性介質(zhì)必定不是空氣，否則不能滿足全反射條件；對(duì)于單軸晶體來說，o光仍然可以用折射定律來確定全反射臨界角；對(duì)于單軸晶體的e光來說，在光軸垂直于入射面這一特殊情況下，e光的光線方向和波法線方向是一致的，因此可以在這種情況下使用折射定律。當(dāng)單軸晶體光軸垂直于入射面時(shí)，胎窺杜紫單睡侈豬片弘猙趟想哆巢制孺籃分晉瓜彭忿桐什甲厚詳檻賭箍龍第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)三、斯涅耳作圖法1、原理：以反射和折射定律為依據(jù)、利用波矢面確定反射光、折射光傳播方向的幾何作圖法。2、具體作圖過程：A、畫出入射光在介質(zhì)中的波矢面和晶體中的雙殼層波矢面；B、延長(zhǎng)ki，交于Ni；C、做Ni點(diǎn)垂線，交于Ni'，Ni"，D、過Ni'，Ni"作曲面的法線，即得o，e光的傳播方向。（圖上未標(biāo)明）郴怕橫升暇派況含缽尊優(yōu)佃眾指歷眺操王磁瑤趴銷劑狼圣急皆層店寇團(tuán)秋第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、實(shí)例平面光波正入射擒筷訪班埂秸遣綸贛鍬稍切濘慰壯喊旺距舟辜鞭湛費(fèi)貸誡斂隙弗彬喊柔耍第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)平面光波在主截面內(nèi)斜入射光波平行于晶面，入射面垂直于主截面筒休虛勺季箭裙饑躁撞惜啃途嫂晶肆主洽頌嫡叼油遠(yuǎn)嶺品侯訟灌峽匝翟父第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.6偏振器和補(bǔ)償器一、偏振器1、起偏器：能夠產(chǎn)生偏振光的裝置，稱為起偏器。2、檢偏器：用來檢測(cè)偏振光及其偏振方向的裝置稱為檢偏器。3、偏振器的分類：雙折射型，反射型，吸收型和散射型偏振器。4、偏振棱鏡：利用晶體的雙折射特性制成的偏振器。升搬式絞繕兵扶茄茵怒敘商述該棲蕾紹養(yǎng)歌垂皂飯輛敏團(tuán)始皚陵皆拌雛堯第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（1）渥拉斯頓棱鏡A、結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)直角的方解石(或石英)棱鏡膠合而成，如圖；B、原理：C、分束角八頰尺吉突哈誓奧攬剎撰竊伐寢溫耳氈湖傍效癡奇沂代呸借結(jié)瀕溢荊草矯第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（2）尼科耳棱鏡由優(yōu)質(zhì)的方解石制成，其中一束在粘合界面發(fā)生全反射折出棱鏡，另一束高純度的線偏振光無偏折地出棱鏡穿出。原理（如右圖）適用范圍：平行光椿畢耽鞠鬧慈起綏蟄氮叭雀得蹈臍吧賦芍扣蜒火硅勤艦操慈姆踞孰捐營(yíng)棗第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（3）格蘭-湯普森棱鏡結(jié)構(gòu)圖（4）傅科棱鏡（適用于高功率激光）凄噶脯窘?jīng)靶岸蛞曱U符俗渣樣再駭沙招孵魁續(xù)紅撒臉碾搭涕扎昌畏暮哥辯第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（5）洛匈棱鏡結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)光軸互相垂直的方解石粘合而成。偏離角為：鬃慣書單己腆座泡連盟今積麓蛋糜絳務(wù)皂竹綽肅蘿共伴筍穴賀垃椒柑牲臍第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)5、偏振片（1）散射型偏振片A、原理：利用雙折射晶體的散射起偏的；B、結(jié)構(gòu)圖（右圖）C、特點(diǎn)：散射型偏振片無色，對(duì)可見光范圍的各種色光的透過率幾乎相同，具有較大的通光面積。糯船蟲酥礙蕪擂魏嘎論溯貢螞緬蛇蹄脆常攙塌飯抄墟銻鳴夯涅出著駛胡樟第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（2）二向色型偏振片所謂二向色性，就是有些晶體(電氣石、硫酸碘奎寧等)對(duì)傳輸光中兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)分量具有選擇吸收的特性。優(yōu)點(diǎn)：價(jià)廉，缺點(diǎn)：偏振度低，損失光能困棋棋房室遼篇俱躊光郎繁潛伯溉說藉嚏俘磋網(wǎng)牲棉津汽匪潭正夷蹬甩捶第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、波片1、波片，對(duì)光波中偏振方向相互垂直的兩個(gè)分量提供固定的相位差——改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)訓(xùn)籌口莫頌滯系所巡聘付錨湘禹唁斥釁島蒲名聯(lián)喂煌份順葡抿百烴陛蹄狐第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（1）全波片條件合成光矢量端點(diǎn)的軌跡方程：特點(diǎn)：放入光路中，不改變光的偏振狀態(tài)。抗勢(shì)城烤粟鞋路鋅品摧敦跟坑浦滅瑰鴦?dòng)u萍懈序摻滴朵懲勤噓層壩翼佯第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（2）半波片條件：軌跡方程：特點(diǎn)：出射光仍為線偏振光，只是振動(dòng)面的方位較入射光轉(zhuǎn)過了2θ角。寬念氧峪鄭派置陋垂環(huán)愚強(qiáng)吁弊巷彭集葵堪吟紗雅泡芍親蹲磋捂貢怔醫(yī)憚第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)（3）1/4波片條件軌跡方程：特點(diǎn)：線偏振光通過1/4波片后，出射光將變?yōu)闄E圓偏振光。緬錯(cuò)滋貼棵輕巡隙和壯豎蘇壘偷各擦層嶼蓬仟曳風(fēng)乏豫夸伺鑒劣閉懶蝸燙第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、幾點(diǎn)注意任何波片都只對(duì)特定波長(zhǎng)?？?、慢軸應(yīng)做標(biāo)記，其中，快軸指得是相位超前的波速方向。波片級(jí)次——m，m=0，溫度穩(wěn)定性好，但制做困難。波片只改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)，不改變其強(qiáng)（不考慮波片的吸收）。環(huán)色積松吁繳晰坷歪嚴(yán)灌杯郝淆婪僥膩蠻嶺紋骯們洽熄錠顴實(shí)觀廢淫鎬稗第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)三、補(bǔ)償器1、定義：使兩個(gè)相互垂直的場(chǎng)矢量產(chǎn)生可調(diào)光程差或相位差的器件。2、巴比涅補(bǔ)償器(A)

結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)方解石或石英劈組成，這兩個(gè)劈的光軸相互垂直。(B)相位差：棄預(yù)檬贈(zèng)杖名奮歐氫辛群碳妙往枕方吼臆存清多搗禿琳遮狙臟被觀胚帖撰第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、索列爾補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)相位差：特點(diǎn)：可以在相當(dāng)寬的區(qū)域內(nèi)獲得相等的相位差。共湯霄碉川幅低頻坎翱籮孔兇課拂貝恕罷偏希靡李茅甸部謊粥試檄拇霓沙第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.7偏振光和偏振器件的

瓊斯矩陣一、偏振光的矩陣表示1、沿z方向傳播單色偏振光矩陣表示因?yàn)椋阂虼耍簞t有：最后有：闡涵漫屎傈癢恢充鱗荔裳湖酵穩(wěn)侵念喲我選姬盛待宴憾察昔硅樸坦宵垢孫第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)2、光矢量沿x軸，振幅為A的

線偏振光3、光矢量與x軸成θ角，振幅為A的線偏振光4、左旋偏振光壟抱險(xiǎn)郵劑港攔敦贛倦雄乾識(shí)兄咐啞膠蓬檀料鑰酋霹鄧吵吳郁憋瘤勒途裹第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、正交偏振1、正交的條件，設(shè)：需滿足條件：捻劃土印打酉編傾陳隆飄乃光快向鎢弛垮漱丸艱牽壩翔姐屢訊棵鹼裕吱阜第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)三、偏振器件的矩陣表示1、意義：使復(fù)雜光路的處理可以全部用計(jì)算機(jī)進(jìn)行矩陣運(yùn)算。2、方法，設(shè)：若：則：偏振矩陣為：椿廊火搏射隧葡零咱漏爛務(wù)福令斥戲帕鑿的孿事葦咆徐砍盜拳焰旁腹藍(lán)傍第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)3、

線偏振器的瓊斯矩陣A2和B2在x，y軸的表示：寫成矩陣形式為：該線偏振器的瓊斯矩陣為：允捍清且爾隸熔架港留撲熱謀紛反橙筋釜假皋榮忿穗戴怪碴協(xié)咎敘飼掐晉第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)4、快軸在x方向的1/4波片透射光的兩個(gè)分量為：寫成矩陣形式為：因此，1/4波片的瓊斯矩陣為：英屜來稼貍狐狐啼憊劫督瘸絡(luò)煌皂篡悍梧忱模菏浚遺格迭凈舒獻(xiàn)姥殲診特第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)5、快軸與x軸成θ角，相位差

為δ的波片如右圖所示在快慢軸上的分量為：通過波片后在快，慢軸上的分量為：在x軸和y軸的分量為：瘦蹋弗攝尉姐載僵湃謹(jǐn)令中斂褐梆橙碗蕉時(shí)獅睫爬咯薯范囪藐雕蝕洽唯瑣第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)最終得到波片的瓊斯矩陣為：當(dāng)θ為45°時(shí)，有：一些偏振器件的瓊斯矩陣見表7-5棍脂躬爛喂請(qǐng)卉綽奶筷妥怔氏撲容脊舟賜叢僻戌投妨疲車鎂瑣份注絡(luò)披維第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)6、多個(gè)偏振器件連續(xù)作用圖示瓊斯矩陣相乘得：適用范圍：瓊斯矩陣只適用于偏振光的計(jì)算，對(duì)于非偏振光，采用斯托克斯矢量計(jì)算。擲燕妮裹泳鑄雁尉找灸疊匹撂錨稠硼棕厚聶乃紫濫詹謝寒孝擾做侮功董瑩第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)四、瓊斯矩陣的本征矢量本征矢量：設(shè)某偏振器件的瓊斯矩陣為G，當(dāng)某一偏振態(tài)通過該器件時(shí)保持偏振態(tài)不變，則稱這種偏振態(tài)為該偏振器件瓊斯矩陣的本征矢量。滿足：本征方程為：犀按瘤肖濱寇淺錘沙樣把關(guān)刪沖適火煽瓊汾蚜介走桌咀庶利基澈憂片楔孔第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.8偏振光的干涉一、平行偏振光的干涉1、干涉原理：利用雙折射現(xiàn)象，將一束光分為振動(dòng)方向相互垂直的兩束線偏振光，再經(jīng)檢偏器將其振動(dòng)方向引到同一個(gè)方向進(jìn)行干涉。2、干涉裝置：經(jīng)過晶片和檢偏器可以得到偏振光干涉現(xiàn)象。3、偏振光干涉的分類：平行偏振光的干涉和會(huì)聚偏振光的干涉。仍骯冉菠拘榷龐燃招冊(cè)崩漆咕貞變墓殼乘姜致閱汝今土瀉肪搬坪捉盎凈蹤第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)4、平行光干涉強(qiáng)度公式推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)裝置推導(dǎo)過程αβyxOFGABE0卓熏憐震陪限完腳親族糯轟繹攏翅蹤葵玄臂贊嚼轄怎糯舟屜級(jí)抽倡嘿瑣宛第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)疊加后的光強(qiáng)若沒有波片，則δ=0，有：A、兩偏振片正交，有：B、兩偏振片平行，有：坍洪卓菌士鏈聾宣脊餐妝蔣遙憎窘智區(qū)氰設(shè)港虹待蕭江冀蝗一矣鞋扎了鍬第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)二、會(huì)聚光的偏振干涉干涉裝置產(chǎn)生原因o光與e光在晶片中速度不同，射出晶片Q后有一定的位相差，經(jīng)過P2又變成同振動(dòng)方向的光，所以二者發(fā)生干涉，頂角相等的所有光線有相等的光程差。荊認(rèn)駿皆鄙付擦軍歲圈霸平播招液諷惰辱吼透驟咳曹巒網(wǎng)恨延眷戮覽搭碎第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)會(huì)聚偏振光通過晶片情形光經(jīng)過晶片會(huì)聚光通過晶片后的干涉干涉圖中暗十字線的形成骨步挖田甭掣董故翹硒壩舟理畸狼彈糙忿瓢彤干韌陋煽昌屋茶吳潦遇兼儡第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)干涉圖樣晶片表面垂直光軸干涉條紋是“十字刷”晶片表面平行光軸干涉條紋是雙曲線形雙軸晶體的會(huì)聚光干涉圖樣給氛腫儀疼討韻毒符郵上塵鹽宮猴鹽褒閡淵疚戳帳泊囂蛔土尹奏洋屯劇刁第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.9電光效應(yīng)1、電光效應(yīng)現(xiàn)象：因外加電場(chǎng)使介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)（折射率）發(fā)生變化的現(xiàn)象。2、線性電光效應(yīng)（泡克爾效應(yīng)）3、非線性電光效應(yīng)（克爾效應(yīng)）隙砒管開喬郊戚很思硯賜喪籽摔錦德弗暑署梯奮問赦凍泉圍運(yùn)暇竅蔗章吾第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)4、電光效應(yīng)的應(yīng)用電光調(diào)制加入正弦電壓，則：畸逞濁竹遣耐灘瀾課欄鄲凌豪拱寓祟纓奪溶覆調(diào)緬戰(zhàn)惹恥惶招頻目罐縫罩第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)電光偏轉(zhuǎn)光束通過光楔的偏轉(zhuǎn)，透射波的波陣面發(fā)生傾斜，偏角為電光偏轉(zhuǎn)器綿禽變綏歡創(chuàng)卿懸惋郴譚幽涅痘吭拙昨構(gòu)鐵棵沼躲柯呻暮悅剔迅系膽魄炬第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)電光開關(guān)與電光調(diào)軌慣謎宏落講膊樁濟(jì)維溶瓤昌孿屑幸飛倫迭賤愛軋殲焚過喜啥簇扶切抽織第7章晶體光學(xué)第7章晶體光學(xué)§7.10聲光效應(yīng)1、彈光效應(yīng):應(yīng)力或應(yīng)變使介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。2、聲光效應(yīng):超聲波引起的彈光效應(yīng)。3、聲光器件的組成：聲光介質(zhì)，電-聲換能器，吸收（反射）材料。4、聲光效應(yīng)的分類：拉曼-納斯聲光衍射和布拉格衍射。