光的偏振3..ppt
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1、5.3 5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象光通过单轴晶体时的双折射现象一、双折射一、双折射1、定义:、定义:一束光入射在晶体上产生两束透(折)射光一束光入射在晶体上产生两束透(折)射光 的现象。的现象。其中:遵循折射定律的一束光称寻常光(其中:遵循折射定律的一束光称寻常光(o光);光);不遵循折射定律的一束光称非常光(不遵循折射定律的一束光称非常光(e光)。光)。eoBAoe光在各向异性媒质光在各向异性媒质-如石英、方解石如石英、方解石(冰洲石冰洲石)、碳酸钙、碳酸钙 水晶、玉石水晶、玉石 中传播时,沿不同方向速度不同。中传播时,沿不同方向速度不同。光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体
2、旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体双折射现象双折射现象光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体
3、旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体
4、旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光 光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶
5、体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光 当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,o o光不动,光不动,e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体 寻常光线(寻常光线(o o光)光)(ordinary rays)ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线(extraordinray rays)非常光线(非常光线(e e光)光)不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线(一般情况,非常光线不在入射面内)(一般情况,非常光线不在入射面内)实验证明
6、:实验证明:O 光和光和 光均为偏振光光均为偏振光.ACBoeDeo二二.双折射现象的规律双折射现象的规律在方解石这类晶体中存在一个在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向,当光线沿这一方特殊的方向,当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象向传播时不发生双折射现象.称这一方向为晶体的称这一方向为晶体的光轴光轴 光轴光轴AB光轴光轴1.光轴光轴任意方向入射 一般情况下这两个主平面不严格重合主平面主平面2.2.(光线的光线的)主平面)主平面光的传播方向与晶体光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。光轴构成的平面。O光振动光振动 垂直于垂直于(主平面)(主平面)oe光振动光振动 平行于平行于(主平面)(主平面
7、)ee光光e光的光的主平面主平面o光光o光的光的主平面主平面光轴光轴光轴光轴2.2.(光线的光线的)主平面)主平面3.3.(晶体的晶体的)主截面)主截面 光轴光轴+与某晶面正交的平面与某晶面正交的平面方 解 石对于某一晶面,主截面是一系列互相平行的平面,它们既包含光轴方向,又与该晶面正交(含该晶面的法线方向)109oo71109oo71某晶面法线方向某晶面法线方向在晶体主截面内入射iCCOO光光光光 振动振动垂直于主截面e e光光光光振动振动在主截面内方解石晶体主截面OO光光光光e e光光光光e e光光光光OO光光光光光线、都在主截面内并且都是线偏振光 1.寻常光线与非常光线 2.光轴3.o光
8、e光都是线偏振光4.只有在晶体内部光线才有必要分为o光和e光,它们具有不同的传播恃性,一旦从晶体透出进入各向同性介质后就成为普通的线偏振,无所谓o光和e光了注意 一般情形下,o主平面和e主平面是不重合的注意但若入射面与晶体的主截面重合时,则o光和e光都在这个平面内,即o主平面,e主平面与晶体主截面三者重合为一在实际上,都有意选择入射面与晶体主截面重合,以便所研究的双折射现象大为简化单轴晶体单轴晶体双折射晶体双折射晶体单轴晶体单轴晶体:双轴晶体双轴晶体:方解石、石英、红宝石、冰方解石、石英、红宝石、冰云母、蓝宝石云母、蓝宝石 o光、光、e光的振动面光的振动面o光、光、e光均是线偏振光,但其光矢量
9、的振动方光均是线偏振光,但其光矢量的振动方向各异:向各异:o光:振动面垂直于自己的主截面;光:振动面垂直于自己的主截面;e光:振动面平行于自己的主截面;光:振动面平行于自己的主截面;当当 o光、光、e光的主截面重合时,光的主截面重合时,o光、光、e光的振动面相互垂直。光的振动面相互垂直。oe光轴在入光轴在入射面内射面内 无论是自然光、线偏光还是部分偏振光入射到单轴无论是自然光、线偏光还是部分偏振光入射到单轴晶体时,均有双折射产生。晶体时,均有双折射产生。射出晶体外时:射出晶体外时:已没有已没有o光、光、e光之分,仅看成是两束在空气中传播的线偏光光之分,仅看成是两束在空气中传播的线偏光三、三、o
10、光、光、e光的相对光强光的相对光强 设晶体不吸收光能,自然光看成光矢分别沿设晶体不吸收光能,自然光看成光矢分别沿o光、光、e光振动光振动方向的两束线偏振光:方向的两束线偏振光:1、自然光入射时:、自然光入射时:2、线偏振光入射时、线偏振光入射时 设一束振幅为设一束振幅为 A 的线偏光沿垂直于纸面方向入射到的线偏光沿垂直于纸面方向入射到o、e光主截面重光主截面重合的单轴晶体上,其振动面与合的单轴晶体上,其振动面与o、e光的主截面夹光的主截面夹角(如图示)角(如图示)A OO主截面主截面入射光的振入射光的振动面动面 在晶体内部时:在晶体内部时:光强除正比于振幅平方外,还正比于介质光强除正比于振幅平
11、方外,还正比于介质折射率。设折射率。设o光、光、e光折射率分别为光折射率分别为no和和ne说明:说明:A、B、若将入射光横截面扩大,使、若将入射光横截面扩大,使o光、光、e光两光束重合,则:形成非相干叠加光两光束重合,则:形成非相干叠加此时,无论怎样转动晶体,重叠部分光强不变,为一常量。此时,无论怎样转动晶体,重叠部分光强不变,为一常量。5.4 5.4 光在晶体中的波面光在晶体中的波面一、双折射的定性解释一、双折射的定性解释 晶体由大量微观粒子(原子、离子晶体由大量微观粒子(原子、离子或分子)构成。各向异性晶体中微观或分子)构成。各向异性晶体中微观粒子是各向异性的振子。它们在三个粒子是各向异性
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