晶体的双折射现象资料.ppt
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《晶体的自然双折射》课件
2 入射光线的振动方向
解释入射光线在晶体中的行为以及其两个不同的振动方向。
3 特殊光线的现象
揭示特殊光线在晶体中产生双折射的现象和效应。
自然双折射的应用
光学器件
探索自然双折射在设计和制造 光学器件中的重要应用。
实验室应用
展示自然双折射在科学研究和 实验室实践中的广泛应用。
生物医学应用
介绍自然双折射在生物医学领 域的创新应用。
- Smith, J., & Johnson, L. (2018). Applications of natural birefringence in biomedical research. Biophysical Reviews, 15(4), 345-362.
《晶体的自然双折射》 PPT课件
这个PPT课件将介绍晶体的自然双折射现象。我们将探讨晶体的结构、入射 光线的振动方向以及自然双折射在光学器件、实验室和生物医学中的应用。
简介
晶体基本概念
探讨晶体的基本特征和组成结构。
自然双折射现象
介绍自然双折射的发生和观察到的效应。
自然双折射的原理
1 晶体的结构
详细阐述晶体的内部结构和晶格。
自然双折射的常见晶体
1 石英晶体
解释石英晶体的特性和 其在双折射现象中的重 要作用。
2 冰晶体
探讨冰晶体的双折射效 应及其在地质和气象学 中的重要性。
3 钠长石晶体
介绍钠长石晶体的双折 射特性和在岩石学中的 应用。
自然双折射的测量方法
波度。
束缚光法
探索使用束缚光法来测量晶 体的双折射。
精密的光电测量
介绍精密光电测量技术在测 量双折射中的应用。
结论
总结自然双折射的基本原理和广泛应用，并展示未来研究方向的潜力。
解释入射光线在晶体中的行为以及其两个不同的振动方向。
3 特殊光线的现象
揭示特殊光线在晶体中产生双折射的现象和效应。
自然双折射的应用
光学器件
探索自然双折射在设计和制造 光学器件中的重要应用。
实验室应用
展示自然双折射在科学研究和 实验室实践中的广泛应用。
生物医学应用
介绍自然双折射在生物医学领 域的创新应用。
- Smith, J., & Johnson, L. (2018). Applications of natural birefringence in biomedical research. Biophysical Reviews, 15(4), 345-362.
《晶体的自然双折射》 PPT课件
这个PPT课件将介绍晶体的自然双折射现象。我们将探讨晶体的结构、入射 光线的振动方向以及自然双折射在光学器件、实验室和生物医学中的应用。
简介
晶体基本概念
探讨晶体的基本特征和组成结构。
自然双折射现象
介绍自然双折射的发生和观察到的效应。
自然双折射的原理
1 晶体的结构
详细阐述晶体的内部结构和晶格。
自然双折射的常见晶体
1 石英晶体
解释石英晶体的特性和 其在双折射现象中的重 要作用。
2 冰晶体
探讨冰晶体的双折射效 应及其在地质和气象学 中的重要性。
3 钠长石晶体
介绍钠长石晶体的双折 射特性和在岩石学中的 应用。
自然双折射的测量方法
波度。
束缚光法
探索使用束缚光法来测量晶 体的双折射。
精密的光电测量
介绍精密光电测量技术在测 量双折射中的应用。
结论
总结自然双折射的基本原理和广泛应用，并展示未来研究方向的潜力。
光通过单轴晶体时的双折射现象ppt课件
3、o光和e光的振动方向 o 光和 e光都是线偏振光，其振动方向如何？
o 光轴
e 光轴
o 光主截面
e 光主截面
用检偏器检验知
o 光的振动垂直 o光的主截面 e 光的振动在 e 光的主截面内
光轴在入射面内时， 两条光线的主截面就是入射面 o光的振动垂直入射面 两光偏振方向垂直 e光的振动在入射面内
4、o光和e光的主折射率（仅讨论单轴晶体） 光轴 o光的主折射率 两个主折射率
注意：在晶体内光轴是一个方向 实验上怎么操作呢？令入射表面垂直光轴，光线沿光轴方向入射，光线在晶体内 部传播不发生双折射。
光轴方向
空气
方解石 不发生双折射
方解石晶体的光轴（方向）
两钝隅连线方向为 光轴方向
101°52′
78°8′
78°8′
三个角度均为 101°52′的顶点 称为钝隅
单轴晶体 单轴晶体（uniaxis crystal） 只有一个光轴方向： 方解石 (冰洲石)、石英（quartz）、红宝石 人工拉制单轴晶体、ADP(磷酸二氢氨)、铌酸锂(LiNiO3） 方解石晶体的演示 双轴晶体（biaxis crystal）
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石晶体实物照 片 纸面
双折射晶体.ppt
晶体主轴坐标系内 D 与 E 关系
一、折射率椭球
1、折射率椭球方程
x2 y2 z2 1
x /0 y /0 z /0
x2
1
2、折射率椭球的性质
a.任意一条矢径的方向表示光波D矢量 的一个方向；
r=nd
b.平面与椭球的截面为椭圆。
由原点o作平行于k0的直 线op，再过o作一平面与 op垂直，该平面与椭球的 截面为一椭圆。椭圆的长 轴，短轴方向即对应于k0 的两个允许存在的光波D 矢量方向，其长度分别等 于两个光波的折射率。
1、物质方程
由方解石的双折射看出，晶体对不同 D 方向的光波呈现 不同的折射率。因而是光学各向异性媒质，这种光学各 向异性来源于晶体原子结构的各向异性。晶体是由带电 粒子组成的（如原子，分子，晶胞）。每个带电粒子正 负电荷中心不重合，形成电偶极子。由于各电偶极子定 向排列，产生了极化（用电极化强度 P 表示）。因而对 不同 D 的电磁场能区别对待，产生不同的光学性质。
0 I X 称为介电常数张量 I 为单位矩阵。由于晶格排列的对称性，
X 和 都是对称矩阵。因而有：
Dx Dy
xx yx
xy yy
xz yz
Ex Ey
Dz zx zy zz Ez
9 个矩阵元素中只有 6 个是独立的。
任何对称矩阵经坐标旋转，成为对角矩阵， 即在晶体中总能找到一个直角坐标系 xyz， 使得物质方程成为：
3、物理意义
表征了对应某一波长的晶体主折射率在椭 球空间各个方向上全部取值分布的几何图 形。椭球的三个半轴长分别等于三个主介 电常数的平方根，其方向分别与介电主轴 方向一致。也称为（r,d）曲面。
晶体的双折射double refraction of light in Crystals
光在晶体中的双折射30页PPT
光在晶体中的双折射
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈
晶体的双折射现象(精)
光轴
方解石
光轴
o光
e光
o光
e光
3. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
o光
e光
e光
o光
此时，o, e 光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出 射后，二者产生相位差。
三. 晶体偏振器 1. 尼科耳棱镜 2. 渥拉斯顿棱镜
no (1.658) n(1.55) ne (1.486)
光轴
v o t
v e t
( 平行光轴截面 )
( 平行光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法(ve>vo) )
1. 光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中 B
光轴
A
光轴
B'
方解石
o光 e光
2. 光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中
光轴
o光
负晶体 no ne
加拿大树胶
o光 e光
e光 o光
o光 ie,o e光
e光
e
上述两种棱镜得到的偏振光 质量非常好，但棱镜本身价 格很高，因而使用较少。
o
o光
3. 波晶片 （光轴平行于表面且厚度均匀的晶体） 自然光垂直入射波晶片后， o 光, e 光传播速度不同， 产生的相位不同 。 出射 o 光 e 光的相差为
方解石
光轴
o光
e光
o光
e光
3. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
o光
e光
e光
o光
此时，o, e 光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出 射后，二者产生相位差。
三. 晶体偏振器 1. 尼科耳棱镜 2. 渥拉斯顿棱镜
no (1.658) n(1.55) ne (1.486)
光轴
v o t
v e t
( 平行光轴截面 )
( 平行光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法(ve>vo) )
1. 光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中 B
光轴
A
光轴
B'
方解石
o光 e光
2. 光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中
光轴
o光
负晶体 no ne
加拿大树胶
o光 e光
e光 o光
o光 ie,o e光
e光
e
上述两种棱镜得到的偏振光 质量非常好，但棱镜本身价 格很高，因而使用较少。
o
o光
3. 波晶片 （光轴平行于表面且厚度均匀的晶体） 自然光垂直入射波晶片后， o 光, e 光传播速度不同， 产生的相位不同 。 出射 o 光 e 光的相差为
《双折射现象》课件
通过利用晶体或塑料等材料制造的特殊透镜，可以实现对不同偏振状态
光的分离和操控。
02
光学通信
在光纤通信中，双折射现象可用于实现光的偏振复用，从而提高通信容
量和传输速率。通过在光纤中引入双折射效应，可以实现信号的并行传
输和信号的解调。
03
光学传感
双折射现象还可以应用于光学传感领域，如压力、温度、磁场等物理量
的测量。通过利用双折射现象对光的偏振状态的影响，可以实现对物理
量的敏感测量。
02
双折射现象的物理原理
光的波动性
光的波动性是指光在传播过程中表现出的振动特性。光波是一种横波，具有振动 方向与传播方向垂直的特性。
当光波通过某些介质时，由于介质中分子或原子对光的振动方向产生影响，导致 光波的振动方向发生变化，从而影响光的传播方向。
光的偏振
光的偏振是指光波的振动方向在某一特定平面内。自然光中 ，光波的振动方向是随机的，但在特定条件下，光波的振动 方向可以被限制在某一特定平面内。
偏振光在某些介质中传播时，其传播方向会受到介质中分子 或原子的影响，从而表现出不同的光学性质。
双折射的物理机制
双折射是指当光线通过某些晶体或其它双折射介质时，光波会分裂成两 个偏振方向相互垂直、传播速度不同的光线，这种现象称为双折射。
双折射现象在光学通信和信息处理中有重要的应用，如光子晶体光纤、量子通信等，利用双折射现象可 以实现高速、大容量的信息传输和处理。
双折射现象的研究趋势与展望
探索新型双折射材料
随着科技的发展，新型材料的不断涌现，探索具有更高双折射 系数、更稳定的新型双折射材料是未来的研究趋势之一。
深入研究双折射机制
目前对双折射机制的理解还不够深入，未来需要进一步深 入研究光与物质相互作用机制，揭示双折射现象的本质。
光通过单轴晶体时的双折射现象
非常光( 非常光 extraordinary light e光): 光 (1) 是振动面平行于自己的主平面的线偏振光 是振动面平行于自己的主平面的线偏振光; (2) 一般不符合折射定律 在垂直于光轴的方向 一般不符合折射定律,在垂直于光轴的方向 传播时符合折射定律. 传播时符合折射定律 (3) 沿不同的方向折射率不同 传播速度不同 沿不同的方向折射率不同, 传播速度不同. 沿光轴的方向折射率和速度与O光相同 沿光轴的方向折射率和速度与 光相同. 光相同 光和e光的主平面相互平行时 两光的振动面互相垂直. 当o光和 光的主平面相互平行时 两光的振动面互相垂直 光和 光的主平面相互平行时,两光的振动面互相垂直 对于e光 沿垂直于光轴的方向的折射率称为主折射率,记为 记为n 对于 光, 沿垂直于光轴的方向的折射率称为主折射率 记为 e.
o
e
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
o e
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
o
e
O
晶体主 截面
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
o
e
O
晶体主 截面
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
方解石晶体实 物照片 纸面 方解石晶体 CaCO3
折射现 双 折射现 象
1、双折射现象 用眼睛观看发光点， 会看到两个像点，透 过方解石晶体，纸面 上的字成了的双字
O光和e光
自然光进入各向异性晶体中，光线怎样传播？
两束折射光
▲ 服从折射定律寻常光线
ordinary ray— O光 extra —e光
晶体的双折射.ppt
光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现。
一.双折射现象 光线进入光学各向异性媒质(如方解石)后产生两条折射
光线的现象，称为双折射现象。
天然的方解石晶体 是双折射晶体
B A
o 光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO 3
纸面
方解石
晶体中的双折射现象
e
e
··· o ···
o
以入射线为轴转方解石，光点o不动，e 绕o转，用偏振
晶体的双折射
有些透明媒质，如玻璃、水、肥皂液等，不论光沿哪个 方向，传播速度都是相同的，媒质只有一个折射率，这样的 媒质称为光学各向同性媒质
同时还存在另一类媒质，主要是透明晶体物质，如方解 石(化学成分是CaCO3)、石英、云母、硫磺等，光在其中 传播时，沿着不同方向有不同的传播速率，这样的媒质 称为光学各向异性媒质。
e 波面
O 波面
正晶体
负晶体
小结
o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为球面。 e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面为旋转
椭球面。
o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波面在光轴 方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方向上速度相差最 大。 对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上, o<e , no>ne ,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光 的子波面(球面)。
片检验，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。
所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。
二、o光和e光
自然光 n1 n2
(各向异 性媒质)
i
ie
io
e光 o光
一条遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr)，折射光线在
入射面内，这条光线称为寻常光线(ordinary rays)，简 称o光。
一.双折射现象 光线进入光学各向异性媒质(如方解石)后产生两条折射
光线的现象，称为双折射现象。
天然的方解石晶体 是双折射晶体
B A
o 光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO 3
纸面
方解石
晶体中的双折射现象
e
e
··· o ···
o
以入射线为轴转方解石，光点o不动，e 绕o转，用偏振
晶体的双折射
有些透明媒质，如玻璃、水、肥皂液等，不论光沿哪个 方向，传播速度都是相同的，媒质只有一个折射率，这样的 媒质称为光学各向同性媒质
同时还存在另一类媒质，主要是透明晶体物质，如方解 石(化学成分是CaCO3)、石英、云母、硫磺等，光在其中 传播时，沿着不同方向有不同的传播速率，这样的媒质 称为光学各向异性媒质。
e 波面
O 波面
正晶体
负晶体
小结
o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为球面。 e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面为旋转
椭球面。
o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波面在光轴 方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方向上速度相差最 大。 对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上, o<e , no>ne ,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光 的子波面(球面)。
片检验，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。
所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。
二、o光和e光
自然光 n1 n2
(各向异 性媒质)
i
ie
io
e光 o光
一条遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr)，折射光线在
入射面内，这条光线称为寻常光线(ordinary rays)，简 称o光。
晶体的双折射现象
负晶体 (vo < ve )
正晶体
v0 ve
负晶体
v0 ve
➢ 几点说明：
1、以上讨论的是自然光入射情形，双折射总是存在的；
2、若入射的光是线偏振光，当偏振方向垂直入射面，则 在晶体中只能引起o光的次波波面，折射光只有o光；
3、若入射的光是线偏振光，当偏振方向在入射面内，则 在晶体中只能引起e光的次波波面，折射光只有e光；
1、放玻璃板时看到一个字。
玻璃是各向同性介质。 光射到各向同性介质的表面时它将按折射定 律向某一方向折射，这是一般常见的折射现象。
A
31
2、放方解石晶体时看到两个字？
方解石是各向异性晶体，一束光射到各向 异性介质中时，折射光将分为两束。
A
32
一. 双折射的概念 1.双折射现象 一束光线进入某种晶体，产生两束折射光叫双折射.
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折
射，该方向称为晶体的光轴。
例如，方பைடு நூலகம்石晶体(冰洲石)
102° A
光轴
光轴是一特殊的方向,凡平行于此
方向的直线均为光轴.
B
单轴晶体：只有一个光轴的晶体。如方解石、石英、 红宝石等。
双轴晶体：包含两个光轴的晶体。如云母、蓝宝石、 结晶硫磺等。
4 单轴晶体中的主截面与主平面
e
e•
··· o ··· •o
方解石
自然光 n1 i
n2 (各向异
性媒质) ro
2.寻常光(o光)和非寻常光(e光)
re o光 e光
o光 : 遵从折射定律
n 1soii光n n 与2seir 光o n均
e光 : 一般不遵从折射定律 为sin线i 偏con振st光
光通过双折射晶体ppt课件
A
O
光轴
•
E
O
B E’ F
•
•
F’
出射光沿同方向传 e 播，具有相互垂直的 出射光沿同方向传播，具有 偏振方向，传播速度 相互垂直的偏振方向，但传播速 相同，不产生双折射 度不相同，我们认为产生了双折 现象。 射现象。δ＝（no-ne)d 20
3)光轴垂直入射面
平行光倾斜入射 平行光垂直入射
A 光轴 O E O
光，这种现象称为双折射 (Double Refraction)。
7
8
2. 寻常光（Ordinary light, o光）和非寻常 光 （ Extraordinary light ,e光） 两束折射光中，有一束光遵守折射定律， 称为寻常光（o光）；另外一束一般不遵守 折射定律，称为非寻常光（e光）。 说明：1〕o光和e光与晶体密不可分 2〕折射定律的含义 折射定律有两个含义： A. 折射角的关系，B. 入射光线和折射光线与 法线同在一个平面。
17
六.用惠更斯原理解释光的双折射现象
惠更斯 原理： O 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球 面。即具有各向同性的传播速率。
e 光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭 球面。沿光轴方向与O光具有相同的速率。
O光波面 A 光轴方向
e 光波面
O光波面
A
e 光波面
光轴方向
负晶如方解石CaCO3
正晶如石英SiO2
光通过双折射晶 体
一
双折射的寻常光和非寻常光
双折射： 一束入射光线进入晶体后，有两束折射光. 寻常光线O光，折射率 n o 为恒量.
非常光线 e 光，折射率随光的传播方向 不同而不同.
2
方解石晶体
102 A
人大附中高中物理竞赛辅导课件(波动光学)晶体的双折射(共16张ppt)
(no ne )d
o
d
2
(no
)d
从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂
直、频率相等、相Ao位差Asin的线偏振光，它们合成为 一束椭圆偏振光。Ae Acos
12
(no ne )d (1) 四分之一波片
o
d
2
(no
nd )d
从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反） —— 线偏振光→圆偏振光 —— 线偏振光→线偏振光 ——线偏振光→椭圆偏振光
9
双折射现象的应用
3. 尼科耳棱镜 两块特殊要求加工的直角方解石，如图：
光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面
A
220
C
•
480
e
•O 760
B 680
D
方解石的折射率n0=1.658, ne 1.486
加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角arc sin(1.55/1.658)=69012’，被全反射，在BD处为涂黑层所吸收。
o光和e光都是线偏振光。
7
2 、光轴与主平面
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 折射，该方向称为晶体的光轴。
“光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。
凡平行于此方向的直线均为光轴。
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体：有两个光轴的晶体
102° A 光轴
B
8
主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。
出射偏振方向在ABCD平面内的偏振光。
10
六.晶体相移器件， 圆和椭圆偏振光的起偏
波片(波晶片) ─相位延迟片 波片是光轴平行表面的晶体薄片。
C 光轴 P1
五章光的双折射ppt课件
Iee Ieo
z1 z2
Ioo I 0
I ee
Ioe
Ieo I e
5.４.２ 光在晶体中的传播方向
{正晶体 vo>ve 负晶体 ve>vo
石英 方解石
一、单轴晶体内o光和e光的传播方向:负晶体为例
1. 以i角入射到晶体，光轴在入射面内
sini c
sin ro v o no
····i A···B·cDΔ t
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化
O’
入射光
振动面
e
o
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’
入射光 振动面
e
o
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化
入射光 振动面
O’
e
o
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化
负晶体：no> ne， vo < ve （如方解石、电气石等） 旋转椭球面在球面之外 旋转椭球面的短轴等于球面的直径。
负晶体 vo
光轴 ve
例
强度为I的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到 另一块完全相同的晶体上。两块晶体的主截面之间的夹角为， 试求当等于30°时，最后透射出来的光束的相对强 度（不考虑反射、吸收等损失）。
知识点回顾
物质的二向色性
利用
分界面的反射和折射 晶体的双折射
可得到线偏振光
5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO 3
纸面
5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象
一、双折射现象
光的双折射ppt
•• 波晶片（波片）
厚度为d ,光轴与两个表面平行 的双折射晶体薄片称为波片。
当自然光垂直入射时，由晶体 光轴 出射的是振动方向相互垂直的 线偏振光，它们沿原入射方向 同向传播，但传播速度不同。
石英
e
•O •
d
对于方解石晶体e光比O光快。 对于石英晶体e光比O光慢。
O光和e光两者到达波片的另一
表面时，必然有相位差。
则
d
(2k 1)
,k 2(n0 ne )
0,1,2,
称为二分之一波长片或半波片。
*若O和e光相位差为
(2k 1)
/2
，光程差是
1 4
波长的奇数倍。
则
d (2k 1) , k 0,1,2,
4(n0 ne )
称为四分之一波长片。
波片的作用是使通过它的O光和e光有相位上的
改变，因此也称为相位延迟器。在偏振光分析
方向垂直于入射面，垂直光轴；分解成的 e
光振动方向平行于入射面，平行于光轴。
Ae Acos AO Asin
若C为1/4波片，即=/2，且若=450，则从C出射圆偏振光 若C为1/4波片，且 450、 900或00，则出射椭圆偏振光
若C不为波长片也不是半波片，即 k 时，且 450、
900或、 00 时，则从C垂直出射椭圆偏振光。
D
C
•••
O
• •e
O
•e
光从光密到光疏 折射光要偏离法线
•
A
方解石
O 光振动垂直 于光线和光轴 组成的平面。
O •e
B
在棱镜BCD中，传播的 O光和e光波面与入射面 相截成两个同心圆。
e 光振动平行
于光线和光轴 组成的平面。
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4、当入射线偏振光的振动方向为斜向时，才有双折射； 双折射的两束光的强度按振幅分解来计算；
5、可利用晶体的双折射现象获得线偏振光。
获得线偏振光的器件——偏振棱镜
一.尼科耳棱镜
由方解石切 割再用树胶 粘合而成.
A B
o光:
sin i0 n 1.551 sin 90 no 1.658
i0 69
纸面
光光
;.;
方解石 晶体
纸面
光光
;.;
方解石 晶体
纸面
光 光
;.;
方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光 光
;.;
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折
射，该方向称为晶体的光轴。
例如，方解石晶体(冰洲石)
102° A
光轴
光轴是一特殊的方向,凡平行于此
方向的直线均为光轴.
B
单轴晶体：只有一个光轴的晶体。如方解石、石英、 红宝石等。
双轴晶体：包含两个光轴的晶体。如云母、蓝宝石、 结晶硫磺等。
4 单轴晶体中的主截面与主平面
而i =76º> 69º，全反射.
A(D) D
102º
C B(C)
尼科耳棱镜工作原理:自然光在AB面折射为o光和e 光，o光以约76º入射到AC的加拿大树胶层上. 被AC 面全反射，只有e光出射，产生偏振光.
二、渥拉斯顿棱镜：将两个直角的方解石棱镜沿斜边胶合起来。
光在第一棱镜中不分开，但光线垂直于光轴，因而两束光传播 速度不同。第二棱镜的光轴垂直于第一棱镜，所以第一棱镜中 的E光为第二棱镜中的O光，由于ne＜no，相当于光由光疏介质 入射光密介质，折射线近法线； 而第一棱镜的O光为第二棱镜 A 中的e光，相当于光由光密介 质入射光疏介质，折射线远 离法线，如图所示。
主截面：包含晶体光轴与界面法线的平面 主平面：包含光轴及所考察光线的平面
主截面与主平面
法
自然光
线
光轴
主 截 面
晶体 主平面
主平面
说明：主截面的方位由晶体自身特性决定，且始终垂直于晶体的表面； 一般情况下, o主平面与e主平面是不重合的。
实验表明: o光是光矢量与o主平面垂直的线偏振光.
e光是光矢量与e主平面平行的线偏振光.
e
e•
··· o ··· •o
方解石
自然光 n1 i
n2 (各向异
性媒质) ro
2.寻常光(o光)和非寻常光(e光)
re o光 e光
o光 : 遵从折射定律
n1 sion i光 n与2 sien r光o 均
ee光光折: 一射般线不也遵不从一折定射在定入律射面内s为si.innr线ie 偏con振st 光
晶体的双折射现象
光学器件最常用的透明固体介质材料：晶体和非晶体
晶体：内在结构长程有序的固体，其原子（离子或分子）在空间排列上具 有一定的规则性，生长良好的单晶体具有规则的几何外形。
(a) 方解石晶体
天然晶体矿
(b) 石英晶体
自然界中存在的七大晶系（按晶体的空间对称性分类）： 立方晶系；正方（四方，四角）晶系；六角（六方）晶系；三角 （三方）晶系；正交（斜方）晶系；单斜晶系；三斜晶系。
最常用的两种各向异性晶体
方解石：
又称冰洲石，属六角晶系晶体，其 化学成分为碳酸钙（CaCO3），结构上 易解理成菱体（斜六面体），菱面的锐 角为78o08'，钝角为101o52'。纯质的方 解石晶体呈无色透明状，且在天然状态 下可以形成较大尺寸，是制造偏振光学 器件的重要材料之一。
光轴
102o
102o 102o
78o 78o 102o
光轴
(a) 方解石晶体
(b) 石英晶体
图 晶体的解理面形式
石英：
又称水晶，属三角晶系晶体，其化学成分为二氧化硅（SiO2），结构 上易解理成角锥状。纯质的石英晶体呈无色透明状，因而也是制造偏振光 学器件的重要材料之一。
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光轴 vo ve
负晶体
单轴晶体中的波面——惠更斯假设
e光:
o
no
c
o
e
ne
c
e
n0 ，ne称为晶体的主折射率
正晶体 : ne> no
(ve< vo)
负晶体 : ne< no (ve > vo)
光轴 vet
vot
•
子波源
光轴
vot• vet
子波源
正晶体 (vo > ve)
方解石 晶体
1、放玻璃板时看到一个字。
玻璃是各向同性介质。 光射到各向同性介质的表面时它将按折射定 律向某一方向折射，这是一般常见的折射现象。
;.;
2、放方解石晶体时看到两个字？
方解石是各向异性晶体，一束光射到各向 异性介质中时，折射光将分为两束。
;.;
一. 双折射的概念 1.双折射现象 一束光线进入某种晶体，产生两束折射光叫双折射.
负晶体 (vo < ve )
正晶体
v0 ve
负晶体
v0 ve
➢ 几点说明：
1、以上讨论的是自然光入射情形，双折射总是存在的；
2、若入射的光是线偏振光，当偏振方向垂直入射面，则 在晶体中只能引起o光的次波波面，折射光只有o光；
3、若入射的光是线偏振光，当偏振方向在入射面内，则 在晶体中只能引起e光的次波波面，折射光只有e光；
光
;.;
玻璃
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光
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玻璃
纸面
光 光
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方解石 晶体
纸面
光 光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
;.;
方解石 晶体
非晶态：如玻璃、熔融石英等，一般不具有长程有序的内在结构，并且由于 其原子或分子的热运动以及在空间排列上的随机性，其光学性质一 般在宏观上呈现出各向同性。
说明：
❖ 除立方晶系的单晶体具有空间各向同性的光学性质外，一般单晶体的光 学性质均具有空间上的各向异性。
❖ 在一定的外界物理场（如机械或热应力、电场、磁场等）作用下，某些 非晶态介质（甚至立方晶晶体）会在宏观上由各向同性转变为各向异性。 这种场致各向异性与晶体的自然各向异性具有类似的特点。
法线
• 光轴 e光
• • • o光
法线
e光 • • • o光 光轴
当光轴在入射面内时，主截面、o主平面、e主平面都重合。
双折射现象的理论解释
在单轴晶体中，o光子波的波面为球面，因而沿各个方向 的传播速度相等；e光子波的波面为旋转椭球面，因而沿各个
方向的传播速度不相等；两个波面在晶体的光轴方向相切，因 而任何子波沿光轴方向的传播速度相同，不发生双折射现象。
5、可利用晶体的双折射现象获得线偏振光。
获得线偏振光的器件——偏振棱镜
一.尼科耳棱镜
由方解石切 割再用树胶 粘合而成.
A B
o光:
sin i0 n 1.551 sin 90 no 1.658
i0 69
纸面
光光
;.;
方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光 光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
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方解石 晶体
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
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方解石 晶体
纸面
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3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折
射，该方向称为晶体的光轴。
例如，方解石晶体(冰洲石)
102° A
光轴
光轴是一特殊的方向,凡平行于此
方向的直线均为光轴.
B
单轴晶体：只有一个光轴的晶体。如方解石、石英、 红宝石等。
双轴晶体：包含两个光轴的晶体。如云母、蓝宝石、 结晶硫磺等。
4 单轴晶体中的主截面与主平面
而i =76º> 69º，全反射.
A(D) D
102º
C B(C)
尼科耳棱镜工作原理:自然光在AB面折射为o光和e 光，o光以约76º入射到AC的加拿大树胶层上. 被AC 面全反射，只有e光出射，产生偏振光.
二、渥拉斯顿棱镜：将两个直角的方解石棱镜沿斜边胶合起来。
光在第一棱镜中不分开，但光线垂直于光轴，因而两束光传播 速度不同。第二棱镜的光轴垂直于第一棱镜，所以第一棱镜中 的E光为第二棱镜中的O光，由于ne＜no，相当于光由光疏介质 入射光密介质，折射线近法线； 而第一棱镜的O光为第二棱镜 A 中的e光，相当于光由光密介 质入射光疏介质，折射线远 离法线，如图所示。
主截面：包含晶体光轴与界面法线的平面 主平面：包含光轴及所考察光线的平面
主截面与主平面
法
自然光
线
光轴
主 截 面
晶体 主平面
主平面
说明：主截面的方位由晶体自身特性决定，且始终垂直于晶体的表面； 一般情况下, o主平面与e主平面是不重合的。
实验表明: o光是光矢量与o主平面垂直的线偏振光.
e光是光矢量与e主平面平行的线偏振光.
e
e•
··· o ··· •o
方解石
自然光 n1 i
n2 (各向异
性媒质) ro
2.寻常光(o光)和非寻常光(e光)
re o光 e光
o光 : 遵从折射定律
n1 sion i光 n与2 sien r光o 均
ee光光折: 一射般线不也遵不从一折定射在定入律射面内s为si.innr线ie 偏con振st 光
晶体的双折射现象
光学器件最常用的透明固体介质材料：晶体和非晶体
晶体：内在结构长程有序的固体，其原子（离子或分子）在空间排列上具 有一定的规则性，生长良好的单晶体具有规则的几何外形。
(a) 方解石晶体
天然晶体矿
(b) 石英晶体
自然界中存在的七大晶系（按晶体的空间对称性分类）： 立方晶系；正方（四方，四角）晶系；六角（六方）晶系；三角 （三方）晶系；正交（斜方）晶系；单斜晶系；三斜晶系。
最常用的两种各向异性晶体
方解石：
又称冰洲石，属六角晶系晶体，其 化学成分为碳酸钙（CaCO3），结构上 易解理成菱体（斜六面体），菱面的锐 角为78o08'，钝角为101o52'。纯质的方 解石晶体呈无色透明状，且在天然状态 下可以形成较大尺寸，是制造偏振光学 器件的重要材料之一。
光轴
102o
102o 102o
78o 78o 102o
光轴
(a) 方解石晶体
(b) 石英晶体
图 晶体的解理面形式
石英：
又称水晶，属三角晶系晶体，其化学成分为二氧化硅（SiO2），结构 上易解理成角锥状。纯质的石英晶体呈无色透明状，因而也是制造偏振光 学器件的重要材料之一。
纸面
光
;.;
玻璃
纸面
光
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玻璃
纸面
光
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玻璃
纸面
光轴 vo ve
负晶体
单轴晶体中的波面——惠更斯假设
e光:
o
no
c
o
e
ne
c
e
n0 ，ne称为晶体的主折射率
正晶体 : ne> no
(ve< vo)
负晶体 : ne< no (ve > vo)
光轴 vet
vot
•
子波源
光轴
vot• vet
子波源
正晶体 (vo > ve)
方解石 晶体
1、放玻璃板时看到一个字。
玻璃是各向同性介质。 光射到各向同性介质的表面时它将按折射定 律向某一方向折射，这是一般常见的折射现象。
;.;
2、放方解石晶体时看到两个字？
方解石是各向异性晶体，一束光射到各向 异性介质中时，折射光将分为两束。
;.;
一. 双折射的概念 1.双折射现象 一束光线进入某种晶体，产生两束折射光叫双折射.
负晶体 (vo < ve )
正晶体
v0 ve
负晶体
v0 ve
➢ 几点说明：
1、以上讨论的是自然光入射情形，双折射总是存在的；
2、若入射的光是线偏振光，当偏振方向垂直入射面，则 在晶体中只能引起o光的次波波面，折射光只有o光；
3、若入射的光是线偏振光，当偏振方向在入射面内，则 在晶体中只能引起e光的次波波面，折射光只有e光；
光
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玻璃
纸面
光
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玻璃
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玻璃
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玻璃
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玻璃
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方解石 晶体
纸面
光 光
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方解石 晶体
纸面
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方解石 晶体
纸面
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
纸面
光光
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方解石 晶体
非晶态：如玻璃、熔融石英等，一般不具有长程有序的内在结构，并且由于 其原子或分子的热运动以及在空间排列上的随机性，其光学性质一 般在宏观上呈现出各向同性。
说明：
❖ 除立方晶系的单晶体具有空间各向同性的光学性质外，一般单晶体的光 学性质均具有空间上的各向异性。
❖ 在一定的外界物理场（如机械或热应力、电场、磁场等）作用下，某些 非晶态介质（甚至立方晶晶体）会在宏观上由各向同性转变为各向异性。 这种场致各向异性与晶体的自然各向异性具有类似的特点。
法线
• 光轴 e光
• • • o光
法线
e光 • • • o光 光轴
当光轴在入射面内时，主截面、o主平面、e主平面都重合。
双折射现象的理论解释
在单轴晶体中，o光子波的波面为球面，因而沿各个方向 的传播速度相等；e光子波的波面为旋转椭球面，因而沿各个
方向的传播速度不相等；两个波面在晶体的光轴方向相切，因 而任何子波沿光轴方向的传播速度相同，不发生双折射现象。