光的雙折射.ppt

1、光的雙折射 復(fù)習(xí)提綱,17-4 光的雙折射,提綱, 光的雙折射現(xiàn)象, 尋常光（O光）和非常光（e光）, 用惠更斯原理解釋光的雙折射現(xiàn)象, 雙折射現(xiàn)象的應(yīng)用,17-5 橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn), 橢圓偏振光、圓偏振光的產(chǎn)生, 渥拉斯頓棱鏡, 尼科耳棱鏡, 二向色性人造偏振片, 波晶片,作業(yè)：13、15、16,17-4 光的雙折射, 光的雙折射現(xiàn)象,S,S,方解石晶體,實(shí)驗(yàn)一,實(shí)驗(yàn)二,在各向同性的介質(zhì)中S是點(diǎn)物S 的象,天然的方解石晶體是雙折射晶體,A,B,A,B,光軸與晶體的三個(gè)棱邊成等角,M,M,N,N,沿光軸方向入射的光束，通過晶體不分為兩束光， 仍沿入射方向行進(jìn)。它是一個(gè)特征方向

2、。,具有一個(gè)光軸的晶體，稱為單軸晶體。 例如：方解石、石英等。,具有兩個(gè)光軸的晶體，稱為雙軸晶體。 例如：云母、硫黃等。,光軸,光軸,若沿光軸方向入射， O光和e光具有相同 的折射率和相同的 波速，因而無雙折 射現(xiàn)象。, 尋常光（O光）和非常光（e光）, 尋常光：對(duì)于晶體一切方向都具有相同的折射率（即波速 相同），且在入射面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱它為O光。, 非常光：它的折射率（即波速）隨方向而變化，并且不一 定在入射面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱為 e 光。,O光振動(dòng)方向垂直于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。,e 光振動(dòng)方向平行于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。,若光軸在入射面內(nèi)， 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：O光、 e 光均

3、在入射面內(nèi)傳播， 且振動(dòng)方向相互垂直。, 用惠更斯原理解釋光的雙折射現(xiàn)象,惠更斯原理：,O 光在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是球面。 即具有各向同性的傳播速率。,e 光在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是旋轉(zhuǎn)橢球面。 沿光軸方向與O光具有相同的速率。,e 光波面,O光波面,光軸方向,負(fù)晶如方解石CaCO3,e 光波面,O光波面,光軸方向,正晶如石英SiO2,e 光在垂直于光軸方向上的傳播速率 ，在該方向的折射率 。,e 光在其它方向上的折射率在 之間 。,凡屬 ，即 晶體稱為負(fù)晶。,凡屬 ，即 晶體稱為正晶。,為簡(jiǎn)略以下 使用, 平行光傾斜入射，光軸在入射面內(nèi)， 光軸與晶體表面斜交,光軸,A,F,E,

4、e,O,e,O,如果光軸不在入射面內(nèi)，球面和橢球面相切的點(diǎn)， 就不會(huì)在入射面內(nèi)，則 O光、e 光振動(dòng)方向并不 相互垂直。, 平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)， 光軸與晶體表面斜交,光軸,A,E,O,e,B,F,E,F,出射兩束偏振方向相互垂直的線偏光, 平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)， 光軸平行晶體表面,光軸,A,E,e,B,F,E,F,O,具有相互垂直 的偏振方向,出射光沿同方向傳播, 雙折射現(xiàn)象的應(yīng)用, 尼科耳棱鏡,A,C,N,M,光軸在ACNM平面內(nèi)方向與AC成480，入射面取ACNM面,兩塊特殊要求加工的直角方解石，如圖：,加拿大樹膠的折射率n=1.55，O光入射角大于 其臨界角arc

5、sin(1.55/1.658)=69012，被全反射， 在CN處為涂黑層所吸收。,出射偏振方向在ACNM平面內(nèi)的偏振光。,e,760,O,方解石的折射率n0=1.658, 渥拉斯頓棱鏡,兩塊直角方解石光軸相互垂直，如圖：,光從光密到光疏 折射光要偏離法線,在棱鏡BCD中，傳播的 O光和e光波面與入射面 相截成兩個(gè)同心圓。,e,O,O 光振動(dòng)垂直 于光線和光軸 組成的平面。,e 光振動(dòng)平行 于光線和光軸 組成的平面。, 二向色性人造偏振片, 波晶片（波片）,二向色性晶體也具有各向異性、雙折射的特點(diǎn)，同時(shí)有 選擇吸收的性能。例如，電氣石對(duì)O 光的吸收能力特別 強(qiáng)，結(jié)果就只剩下e 光穿出晶體。,厚度

6、為d ,光軸與兩個(gè)表面平行 的雙折射晶體薄片稱為波片。,當(dāng)自然光垂直入射時(shí)，由晶體 出射的是振動(dòng)方向相互垂直的 線偏振光，它們沿原入射方向 同向傳播，但傳播速度不同。,對(duì)于方解石晶體e光比O光快。,對(duì)于石英晶體e光比O光慢。,石英,O光和e光兩者到達(dá)波片的另一 表面時(shí)，必然有相位差。,設(shè)為O光超前于e光的相位，則,其光程差為：,*若O光和e光的相位差為： ，光程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍。,該波片稱為波長(zhǎng)片或全波片。,*若O和e光相位差為 ，光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。,稱為二分之一波長(zhǎng)片 或半波片。,則,則,石英,*若O和e光相位差為 ，光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。,稱為二分之一波長(zhǎng)片或半波片。,稱為四分之一

7、波長(zhǎng)片。,則,則,*若O和e光相位差為 ，光程差是 波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。,波片的作用是使通過它的O光和e光有相位上的 改變，因此也稱為相位延遲器。在偏振光分析 中有著獨(dú)特的作用。,*若O光和e光的相位差為： ，光程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍。,該波片稱為波長(zhǎng)片或全波片。,方解石,17-5 橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn), 橢圓偏振光、圓偏振光的產(chǎn)生,橢圓偏振光和圓偏振光都是完全偏振光，均可等效為兩個(gè)具有 恒定相位差、相同振動(dòng)頻率、振動(dòng)方向相互垂直的線偏振光。,波片可以將垂直入射的線偏光 分解成同頻率、相互垂直振動(dòng) 的O 光和 e光，它們沿同一方 向傳播，如圖。,波片厚度d 決定O 光、 e光恒定相位差的大小。 因此，可用波片來產(chǎn)生 橢圓偏振光、圓偏振光 或改變?nèi)肷涞钠駪B(tài)。,M是起偏器，經(jīng)它可 從自然光中獲得垂直 射向波片C的線偏光。,波片C光軸平行于晶體 表面，透振方向與光 軸方向之間的夾角 ,垂直射入波片的線偏光，分解成O光其振動(dòng) 方向垂直于入射面，垂直光軸；分解成的 e 光振動(dòng)方向平行于入射面，平行于光軸。,若C為1/4波片，即=/2，且若=450