任务一 光通过单轴晶体的双折射现象
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A. 折射角的关系:
n1 sin i = n2 sin r
B. 入射光线和折射光线与法线同在一个平面
研究表明： o 光、e 光均为偏振光 o 光、e 光振动方向近乎垂直 需要进一步解决的问题： o 光、e 光在晶体内的传播方向如何？ o 光、e 光的光矢量振动方向如何？
二、各向异性晶体的特性 1. 光轴 光轴——晶体的各向同性轴 晶体的各向同性轴
2. 寻常光（o光）和非寻常光（e光） 寻常光（o光 和非寻常光（e光
两束折射光中， 两束折射光中，有一束光遵守折射定律
方解石晶体 ，称为寻常光（o光）；另外一束一般不遵守 称为寻常光（ 光）；另外一束一般不遵守
折射定律，称为非寻常光（ 光 折射定律，称为非寻常光（e光）。 折射定律的两个含义： 折射定律的两个含义：
v v %＝a exp(ikz ) x + a exp[i (kz + δ )] y E 1 0 2 0 π 其中， a1 = a2 δ = ± 其中，
2
E
3、椭圆偏振光 、
椭圆偏振光：光矢量大小和方向都在有规律地变化，且光矢量端点在 椭圆偏振光： 垂直于光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹。
椭圆偏振光可用两列沿同一方向传播的频率相等、振动方向相互垂 直的线偏振光叠加得到。 v v % a1 ≠ a 2 E ＝ a 1 e x p ( ik z ) x 0 + a 2 e x p [ i ( k z + δ )] y 0
各向异性晶体的双折射现象
掌握双折射 o光 e光 主轴 了解惠更斯作图法 主平面 正晶体负晶体概念
o光光矢量振动垂直于 光主平面。 光光矢量振动垂直于o光主平面 光光矢量振动垂直于 光主平面。 O光沿着一切方向传播的速度都相同， 光沿着一切方向传播的速度都相同， 光沿着一切方向传播的速度都相同 其波面是一个球面。对于o光 其波面是一个球面。对于 光，沿着 光轴方向与其他方向并无差别。 光轴方向与其他方向并无差别。 e光光光矢量振动平行于 光主平面。 光光光矢量振动平行于e光主平面 光光光矢量振动平行于 光主平面。 e光在不同方向有不同的传播速度，其 光在不同方向有不同的传播速度， 光在不同方向有不同的传播速度 波面是一个椭球面。 波面是一个椭球面。 特别的，在光轴方向上， 特别的，在光轴方向上，o 光和 e 光 的传播速度、方向都一样。 的传播速度、方向都一样。
3．正晶体 负晶体 ．
光在各向异性晶体中产生双折射现象是由于晶体对在其中传播的o 光在各向异性晶体中产生双折射现象是由于晶体对在其中传播的o光 光有不同的折射率，从而二者在晶体中有不同的传播速度。 和e光有不同的折射率，从而二者在晶体中有不同的传播速度。 （1）o光、e光的波阵面 ） 光 光的波阵面
垂直屏面的 光振动较强
定义偏振度： 定义偏振度：
I P I max I min P= = I总 I max + I min
自然光
完全偏振光 部分偏振光
P=0
P=1
0<P<1
可见，偏振度越接近于于1，偏振化程度越高
一、晶体的双折射现象 1. 双折射现象
当一束单色光在各向异性晶体 界面折射时， 界面折射时，通常要产生两束折射 光，这种现象称为双折射。 这种现象称为双折射。 双折射
部分偏振光
部Baidu Nhomakorabea偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干 相互垂直的 线偏振光。 的线偏振光。
部分偏振光的表示法：部分偏振光=完全偏振光 完全偏振光+自然光 部分偏振光的表示法：部分偏振光 完全偏振光 自然光
平行屏面的 光振动较强
任务一 光通过单轴晶体的双折射现象
复习:自然光和偏振光概述 复习 自然光和偏振光概述 讲授:双折射现象 讲授 双折射现象
机械波的是横波还是纵波的检验方法
横波：振动对传播方向不对称 纵波：振动对传播方向对称
振动方向平行于狭缝的方向：通过
振动方向垂直于狭缝的方向：不通过
横着扁担进不了城门
振动方向对于传播方向的不对称性称谓偏振， 振动方向对于传播方向的不对称性称谓偏振，只有横波有偏振 偏振 现象而纵波无偏振问题
椭圆偏振光
部分偏振光
光矢量大小和 在某一方向上 方向都在有 的振动占优势 规律地变化且 矢量末端轨迹 为椭圆
1、线偏振光 、
线偏振光：振动只在某一个固定方向上的光
向 传播方
E
动 面 面对光的传播方向看
振
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
光振动垂直板面 光振动平行板面
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
Ex = Ey
I0 Ix = Iy = 2
x
自然光的分解
自然光的表示方法： 自然光的表示方法：
（二）偏振光
偏振光：光矢量的方向和大小有规则变化的光 各种偏振光的定义： 各种偏振光的定义：
线偏振光
光矢量方向不 变，其大小随 位相变化
圆偏振光
光矢量大小不 变其方向绕传 播方均匀转动， 且矢量末端轨 迹为圆
光波是纵波还是横波？ 光波是纵波还是横波？
准备知识: 准备知识 1.光就是电磁波,振动矢量是电场强度E和磁场强度H, 由于引起人眼感觉的主要是电场,故在光学中把电场强 度E称为光矢量. 2.光波是横波,电场强度E和磁场强度H都与波的传播 方向垂直,并组成右螺旋关系. E
0
H
v
一、自然光和偏振光概述
2. 主平面
主平面是晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。 主平面是晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。 光轴与 构成的平面叫o光主平面 光主平面。 光轴与o 光构成的平面叫 光主平面。 光轴与 构成的平面叫e 光主平面。 光轴与e 光构成的平面叫 光主平面。
光轴 光轴 O光主平面 e光主平面
Ex = E cos α E y = E sin α
2、 圆偏振光 、
圆偏振光： 圆偏振光：光矢量大小不变，其方向绕传播方向均匀转动，且光矢量 端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出圆形轨迹。
圆偏振光可用两列沿同一方向传播、同频率、同振幅、振动方向 π ± 相互垂直且相位差等于 2 的线偏振光叠加得到。
扩充：应用偏振光知识实例：
外腔式激光管
外腔式激光管加装布儒斯特窗，可使出射光 为线偏振光，并减少反射损失
橱窗设计
B.用偏光镜减弱 了反射偏振光 A.玻璃门表面的 反光很强 C.用偏光镜消除了反射 偏振光使玻璃门内的人 物清晰可见
立体电影
本节知识回顾 自然光和偏振光概述
自然光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 掌握各自特征 特征以及 掌握各自特征以及 表示方式 部分偏振光
光在各向异性晶体中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。在光轴方向 上，o光和e光都遵守折射定律，其传播速度、方向 都一样。 特别指出： 光轴是一特殊的方向，在晶体 内平行于这些特殊方向的任何直线均叫做晶体的 光轴。
顿 隅
例如方解石晶体(冰洲石)
单轴晶体：只有一个光轴的晶体，例如方解石晶体、石英、红宝石等 双轴晶体: 有两个光轴的晶体，例如云母、蓝宝石、硫磺等
（2）o光、e光的传播速度 ） 光 光的传播速度
正晶体： 光波面 椭球面） 光波面（ 正晶体：e光波面（椭球面）在o 光波面（球面）之内， 光波面（球面）之内，椭圆的长 半轴在光轴上。 半轴在光轴上。例如石英。
负晶体： 光波面（球面） 负晶体：o光波面（球面）在e光波面 椭球面 之内， （椭球面）之内，椭圆的短半轴在光 轴上。 轴上。例如方解石。
光光矢量振动垂直于O光主平面 （O光光矢量振动垂直于 光光矢量振动垂直于
（e光光光矢量 光光光矢量振动平行于 平行于e光主平面 光光光矢量 平行于
一般地，o光主平面和e 光主平面并不重合。只有当光轴在入射面时,o光 主平面和e光主平面才重合,此时o光振动和e光振动相互垂直。在实际设计时有 意使三者共面以便仪器结构设计和光路分析，故在分析问题时，可以认为o光 振动和e光振动仍然相互垂直。
一般发光物体所发波列的特点： 各点所发波列各不相干，同一点不同时刻所发波列也各不 相干。
这样，E矢量振动的空间方位随机不同，在所有可能的方向上， E的 振幅都相等
（一） 自然 光自然光:光矢量振动的空间方位随机不同，
在所有可能的方向上，其振幅都 相等
没有优势方向
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 相互垂直的 y 等幅的、不相干的光振动的传播 光振动的传播, 等幅的、不相干的光振动的传播,且：
0<δ <π
π < δ < 2π
迎光的传播方向观察，光矢量沿顺时针方向旋转，称为 右旋椭圆偏振光 迎光的传播方向观察，光矢量沿逆时针方向旋转，称为 左旋椭圆偏振光
4、 部分偏振光
部分偏振光:在某一方向上的振动比与之垂直方向上的振动占优势。 部分偏振光:在某一方向上的振动比与之垂直方向上的振动占优势。 的振动占优势
n1 sin i = n2 sin r
B. 入射光线和折射光线与法线同在一个平面
研究表明： o 光、e 光均为偏振光 o 光、e 光振动方向近乎垂直 需要进一步解决的问题： o 光、e 光在晶体内的传播方向如何？ o 光、e 光的光矢量振动方向如何？
二、各向异性晶体的特性 1. 光轴 光轴——晶体的各向同性轴 晶体的各向同性轴
2. 寻常光（o光）和非寻常光（e光） 寻常光（o光 和非寻常光（e光
两束折射光中， 两束折射光中，有一束光遵守折射定律
方解石晶体 ，称为寻常光（o光）；另外一束一般不遵守 称为寻常光（ 光）；另外一束一般不遵守
折射定律，称为非寻常光（ 光 折射定律，称为非寻常光（e光）。 折射定律的两个含义： 折射定律的两个含义：
v v %＝a exp(ikz ) x + a exp[i (kz + δ )] y E 1 0 2 0 π 其中， a1 = a2 δ = ± 其中，
2
E
3、椭圆偏振光 、
椭圆偏振光：光矢量大小和方向都在有规律地变化，且光矢量端点在 椭圆偏振光： 垂直于光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹。
椭圆偏振光可用两列沿同一方向传播的频率相等、振动方向相互垂 直的线偏振光叠加得到。 v v % a1 ≠ a 2 E ＝ a 1 e x p ( ik z ) x 0 + a 2 e x p [ i ( k z + δ )] y 0
各向异性晶体的双折射现象
掌握双折射 o光 e光 主轴 了解惠更斯作图法 主平面 正晶体负晶体概念
o光光矢量振动垂直于 光主平面。 光光矢量振动垂直于o光主平面 光光矢量振动垂直于 光主平面。 O光沿着一切方向传播的速度都相同， 光沿着一切方向传播的速度都相同， 光沿着一切方向传播的速度都相同 其波面是一个球面。对于o光 其波面是一个球面。对于 光，沿着 光轴方向与其他方向并无差别。 光轴方向与其他方向并无差别。 e光光光矢量振动平行于 光主平面。 光光光矢量振动平行于e光主平面 光光光矢量振动平行于 光主平面。 e光在不同方向有不同的传播速度，其 光在不同方向有不同的传播速度， 光在不同方向有不同的传播速度 波面是一个椭球面。 波面是一个椭球面。 特别的，在光轴方向上， 特别的，在光轴方向上，o 光和 e 光 的传播速度、方向都一样。 的传播速度、方向都一样。
3．正晶体 负晶体 ．
光在各向异性晶体中产生双折射现象是由于晶体对在其中传播的o 光在各向异性晶体中产生双折射现象是由于晶体对在其中传播的o光 光有不同的折射率，从而二者在晶体中有不同的传播速度。 和e光有不同的折射率，从而二者在晶体中有不同的传播速度。 （1）o光、e光的波阵面 ） 光 光的波阵面
垂直屏面的 光振动较强
定义偏振度： 定义偏振度：
I P I max I min P= = I总 I max + I min
自然光
完全偏振光 部分偏振光
P=0
P=1
0<P<1
可见，偏振度越接近于于1，偏振化程度越高
一、晶体的双折射现象 1. 双折射现象
当一束单色光在各向异性晶体 界面折射时， 界面折射时，通常要产生两束折射 光，这种现象称为双折射。 这种现象称为双折射。 双折射
部分偏振光
部Baidu Nhomakorabea偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干 相互垂直的 线偏振光。 的线偏振光。
部分偏振光的表示法：部分偏振光=完全偏振光 完全偏振光+自然光 部分偏振光的表示法：部分偏振光 完全偏振光 自然光
平行屏面的 光振动较强
任务一 光通过单轴晶体的双折射现象
复习:自然光和偏振光概述 复习 自然光和偏振光概述 讲授:双折射现象 讲授 双折射现象
机械波的是横波还是纵波的检验方法
横波：振动对传播方向不对称 纵波：振动对传播方向对称
振动方向平行于狭缝的方向：通过
振动方向垂直于狭缝的方向：不通过
横着扁担进不了城门
振动方向对于传播方向的不对称性称谓偏振， 振动方向对于传播方向的不对称性称谓偏振，只有横波有偏振 偏振 现象而纵波无偏振问题
椭圆偏振光
部分偏振光
光矢量大小和 在某一方向上 方向都在有 的振动占优势 规律地变化且 矢量末端轨迹 为椭圆
1、线偏振光 、
线偏振光：振动只在某一个固定方向上的光
向 传播方
E
动 面 面对光的传播方向看
振
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
光振动垂直板面 光振动平行板面
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
Ex = Ey
I0 Ix = Iy = 2
x
自然光的分解
自然光的表示方法： 自然光的表示方法：
（二）偏振光
偏振光：光矢量的方向和大小有规则变化的光 各种偏振光的定义： 各种偏振光的定义：
线偏振光
光矢量方向不 变，其大小随 位相变化
圆偏振光
光矢量大小不 变其方向绕传 播方均匀转动， 且矢量末端轨 迹为圆
光波是纵波还是横波？ 光波是纵波还是横波？
准备知识: 准备知识 1.光就是电磁波,振动矢量是电场强度E和磁场强度H, 由于引起人眼感觉的主要是电场,故在光学中把电场强 度E称为光矢量. 2.光波是横波,电场强度E和磁场强度H都与波的传播 方向垂直,并组成右螺旋关系. E
0
H
v
一、自然光和偏振光概述
2. 主平面
主平面是晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。 主平面是晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。 光轴与 构成的平面叫o光主平面 光主平面。 光轴与o 光构成的平面叫 光主平面。 光轴与 构成的平面叫e 光主平面。 光轴与e 光构成的平面叫 光主平面。
光轴 光轴 O光主平面 e光主平面
Ex = E cos α E y = E sin α
2、 圆偏振光 、
圆偏振光： 圆偏振光：光矢量大小不变，其方向绕传播方向均匀转动，且光矢量 端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出圆形轨迹。
圆偏振光可用两列沿同一方向传播、同频率、同振幅、振动方向 π ± 相互垂直且相位差等于 2 的线偏振光叠加得到。
扩充：应用偏振光知识实例：
外腔式激光管
外腔式激光管加装布儒斯特窗，可使出射光 为线偏振光，并减少反射损失
橱窗设计
B.用偏光镜减弱 了反射偏振光 A.玻璃门表面的 反光很强 C.用偏光镜消除了反射 偏振光使玻璃门内的人 物清晰可见
立体电影
本节知识回顾 自然光和偏振光概述
自然光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 掌握各自特征 特征以及 掌握各自特征以及 表示方式 部分偏振光
光在各向异性晶体中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。在光轴方向 上，o光和e光都遵守折射定律，其传播速度、方向 都一样。 特别指出： 光轴是一特殊的方向，在晶体 内平行于这些特殊方向的任何直线均叫做晶体的 光轴。
顿 隅
例如方解石晶体(冰洲石)
单轴晶体：只有一个光轴的晶体，例如方解石晶体、石英、红宝石等 双轴晶体: 有两个光轴的晶体，例如云母、蓝宝石、硫磺等
（2）o光、e光的传播速度 ） 光 光的传播速度
正晶体： 光波面 椭球面） 光波面（ 正晶体：e光波面（椭球面）在o 光波面（球面）之内， 光波面（球面）之内，椭圆的长 半轴在光轴上。 半轴在光轴上。例如石英。
负晶体： 光波面（球面） 负晶体：o光波面（球面）在e光波面 椭球面 之内， （椭球面）之内，椭圆的短半轴在光 轴上。 轴上。例如方解石。
光光矢量振动垂直于O光主平面 （O光光矢量振动垂直于 光光矢量振动垂直于
（e光光光矢量 光光光矢量振动平行于 平行于e光主平面 光光光矢量 平行于
一般地，o光主平面和e 光主平面并不重合。只有当光轴在入射面时,o光 主平面和e光主平面才重合,此时o光振动和e光振动相互垂直。在实际设计时有 意使三者共面以便仪器结构设计和光路分析，故在分析问题时，可以认为o光 振动和e光振动仍然相互垂直。
一般发光物体所发波列的特点： 各点所发波列各不相干，同一点不同时刻所发波列也各不 相干。
这样，E矢量振动的空间方位随机不同，在所有可能的方向上， E的 振幅都相等
（一） 自然 光自然光:光矢量振动的空间方位随机不同，
在所有可能的方向上，其振幅都 相等
没有优势方向
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 相互垂直的 y 等幅的、不相干的光振动的传播 光振动的传播, 等幅的、不相干的光振动的传播,且：
0<δ <π
π < δ < 2π
迎光的传播方向观察，光矢量沿顺时针方向旋转，称为 右旋椭圆偏振光 迎光的传播方向观察，光矢量沿逆时针方向旋转，称为 左旋椭圆偏振光
4、 部分偏振光
部分偏振光:在某一方向上的振动比与之垂直方向上的振动占优势。 部分偏振光:在某一方向上的振动比与之垂直方向上的振动占优势。 的振动占优势