14.5光的双折射 - 360文档中心

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一个晶面 102o
钝隅 102o
78o
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1、光轴
❖ 晶体内存在一个特殊方向，当光在晶体中沿此方向
传播时，不发生双折射现象，此特殊方向称为晶体的光轴。
方解石光轴方向是从它的一个钝隅所作的等分角线。即它与钝隅的三条棱边成等角。
注意：光轴不是指一条特定的
钝隅Байду номын сангаас
直线，而是一特定的方向。凡
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❖ 另一束光不遵守普通
的折射定律，称非常光 (e 光)。
e
o
o
sin i n2 常数
sin n1
即使入射角为0，折射角也不等于0，而且e光往往不在入射面内。
•注意： o光和e光只有在双折射晶体的内部才有意义。
❖ o光和e光都是线偏振光。
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14.5.2 晶体的光轴与光线的主平面
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沿光轴方向
Ve
Vo
c no
沿垂直光轴方向
Ve
c ne
其中n0 ，ne 叫作晶体的主折射率.
• 在各向异性的晶体内，传播速度既和振动方向(指 o，e)有关，又和传播方向(是否沿光轴)有关。
• e光不满足普通的折射定律，但仍然把ne 叫作它的折射率。但此时ne不再是常数。
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是与此方向平行的直线方向均
为光轴方向。
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❖ 单轴晶体和多轴晶体
一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰洲石、石英、红宝石等；也有些晶体有两个光轴或更多的光轴，它们称为双轴晶体或多轴晶体，如云母、硫磺、兰宝石等。
我们只讨论单轴晶体。
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2、主平面晶体中任何一条折射线与光轴所组成的平面叫做晶体的主平面。晶体中有两种主平面，即o光和e光的主平面。
负晶体 Ve >Vo e光的波面在o光波面外。正晶体 Vo ＞Ve e光的波面在o光波面内。
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光轴 e光
光轴
o光负晶体
正晶体
o光和e光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方向上，两波面相距最远。
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晶体(固体)的各向异性
例：云母只容易沿一个平面劈开；结晶的石墨在每两个相对面之间
并不具有相同的电阻。镍晶体只在一个确定的方向上容
易被磁化。
❖ 能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。
如方解石、石英、电气石、红宝石等。
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1、双折射现象
当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射现象。
但是，如果将光束射向各向异性的晶体中时，例如将一束光投向方解石（冰州石），透过方解石的光则有两束。
所谓各向异性，是指晶体的物理性质与方向有关。
❖ 各向(同)异性的微观本质
若组成固体的晶粒在空间的取向是无规则的，就表现出各向同性；若组成固体的晶粒在空间有一定的取向，就表现出各向异性。
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14.5.3 *用惠更斯原理解释双折射现象
发生双折射现象，主要是因为晶体的物理性质是各
向异性。晶体中的介电常数r与方向有关，因而光在
晶体中的传播速度 v 1 (n c v 与r光r 的) 传播方向有关,从而光在介质中的折射率与方向有关。 1、双折射中的速度特征
o光在各个方向上的传播速度相同：因而 no c vo 常数 e光在各方向上的传播速度不相同：因而 ne c ve 常数
§14-5 光的双折射 14.5.1 双折射现象寻常光和非常光
当一束光投射到两种媒质的交界处，一般只能看到一束折射光，折射定律为：
sin i / sin 常数
且入射线、法线、折射线在同一平面内，这是光在各向同性均匀媒质中的折射现象。例如光从空气射向水、玻璃、或呈熔融态的石英时。
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e
o
o
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2、寻常光（o光）和非寻常光（e光）
如果将光束正入射在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。
在两折射光束中
❖ 有一束光遵守普通的折射定律，称为寻常光
(o光)。
sin i n2 常数
sin n1
不管入射光束方位如何，o光总在入射面内。
❖ 能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。
如方解石、石英、电气石、红宝石等。
❖ 方解石(冰洲石CaCO3）
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天然方解石晶体的外形为平行六面体，每个表面都是平行四边形(或菱形),锐角为 78o8’ 78o 钝角为 101o52’ 102o 六面体共有8个顶角，其中2个由三面钝角组成( 称为钝隅)；而其余6个则由一个钝角和两个锐角组成。
o光和e光都是线偏振光，且：
o光的振动方向垂直于自己的主平面； e光的振动方向平行于自己的主平面。
光轴
光
轴
O
e
主
主
平
平
面
面
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3、主截面如果某入射面与光轴共面，则该入射面就称之为主截面。若入射面为主截面，则o光、е光的主平面重合，此时ο、е光的振动方向互相垂直。
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光轴 Ve
o光的子波面
Vo 光轴
e光的子波面
❖ e光的子波面
e光沿各个方向传播速度不同。沿光轴方向的传播速度与o光一样也是Vo；垂直于光轴方向的速度是Ve。
经t后，e光的子波面是绕光轴方向旋转的椭球面。在光轴方向，半径为 Vot ；在垂直光轴方向，半径为Vet.
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3、正晶体和负晶体在垂直于光轴的方向上
2、o光和e光的子波面在各向同性媒质中，一子波源发出的波沿各方向的传播速度均为V＝c/n ，经t后，形成的波面是一个半径为 Vt的球面。
❖ o光的子波面
o光在单轴晶体中的传播规律与在各向同性媒质中一样。
因此，o光的子波面是球面。经t后，形成的波面是一个半径为Vot的球面。
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