双折射现象

一束光 → 晶体 → 两束折射光
晶体转动：垂直入射光的平面内 一束折射光：传播方向不变
另一束折射光：传播方向改变
折射率随振动方向的不同而不同 如何不同 振动方向如何确定
非常光 e
二．晶体光轴、主平面 1. 晶体的光轴
平行直线
A
101 .5 78 .5
天然方解石 平行六面体
2. 单轴晶体、多轴晶体
2
d

( no ne )d
k
Ao A sin
Ae A cos
y A 1
线偏振光
A2
x
2( k 1)

2
=
π
一般椭圆偏振光
1 1 3. 波片、 波片 4 2
(no ne )d
1 波片 4 1 波片 2

2

电致双折射效应
+ P2 45
克尔盒
l
d
• 不加电场→液体各向同性→ P2 不透光 • 加电场→液体呈单轴晶体性质
§18 旋光现象
一．旋光现象
线偏光 → 透明介质 振动面，以光的传播方向为轴，旋转一定的角度。 旋光物质 石英晶体、食糖溶液
d
右旋物质：顺时针方向旋转 左旋物质：逆时针方向旋转 物质性质、入射光波长
( no ne )d
4 2
d d

4(no ne )

2(no ne )
线偏振光垂直入射于光轴与表面平行的石英晶片上，若入射 光的偏振方向与晶片的主平面成 60℃，则透过晶片的 e 光 和 o 光光强之比为： ( A) 1 B 3 3
C
1
3
D
3
( e < o )
光轴
v ot
v e t

石英
负晶体:
ne < no
(e>o)
v ot
光轴
v e t

方解石
光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
( e > o )
o , e 同向、异速 e前o后
位相差
½波片
¼波片 圆偏振光，椭圆偏振光
3. 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法
子波源↓ 球面子波、椭球面子波 所有各点子波的包络面 o 光波面、e 光波面， 入射点 → 相应入射点子波面与包络面切点：连线 传播方向
P
C
e
α
Ae
o
光轴

A
P
Ao百度文库
(no ne )d
2
d

( no ne )d
2
圆偏振光


4
Ao A sin
Ae A cos
y A 1
正椭圆偏振光 Ao Ae
A2
x
= π / 2
0,

2
线偏光
P
C
e
α
Ae
o
光轴

A
P
Ao
(no ne )d
球面子波 寻常光（o 光），o 波面 旋转椭球面 非常光线（e 光），e 波面 两种光线沿光轴方向的速率相等 长轴 两波面在光轴方向相切 垂直光轴方向上 两光线传播速率相差最大 短轴
●
● ● ● ●
光轴
● ● ● ● ● ● ●
o
●
波
面
●
● ●
●
●
● ●
●
● ● ● ●
e 波
面
——no ，ne 称为晶体的主折射率
性能差
四．偏振光干涉
1. 偏振光干涉原理
P
1
C
e
o
α
P
2
单色自然光 → P1 → 线偏光 →C： 相互垂直；一定位相差
d
↑→ P2 ：
同向；一定位相差
2. 振幅关系
P
1
C
e
o
α
P
2
Ao A1sin Ae A1cos
A2o Ao cos A1 sin cos
A2e Ae sin
四．晶体偏振器件 1. 偏振棱镜——尼科耳棱镜
自然光 → 寻常光、非常光 全反射原理：反射 → 寻常光 透射 → 非常光
树胶 n 1.55
n0 1.6584 ne 1.4864
光轴
90 48 68
e光 o光
加拿大胶
2. 晶体的二向色性、偏振片
吸收：单轴晶体：寻常光线、非常光线：一般相同 1mm 厚电气石晶体：寻常光线几乎全被吸收 晶体的二向色性： 选择吸收相互垂直的两个分振动 电气石：人造偏振片 成本低
正晶体、负晶体
●
●
●
●
o
e
●
●
● ●
●
2. 晶体的主折射率、正晶体、负晶体 vo ：o 光的传播速率 no ：o 光的折射率 ve ：e 光的传播速率垂直光轴方向上 ne ：折射率 c c ne no
●
光轴
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
o
●
波
面
●
●
e 波
面
正晶体：
ne > n o
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 方解石、石英、红宝石 多轴晶体：不只一个光轴的晶体
B
3. 主平面
传播方向、晶体光轴的共面
o光的 主平面
o 光振动方向： 垂直 o 光主平面； e 光振动方向： 平行 e 光主平面。
〃 〃 〃 〃
光轴
e光的 主平面
o光
光轴
e光
o 光主平面：入射面（入射光线、法向）
e 光主平面：不一定为入射面（光轴在入射面） o 光主平面、 e 光主平面一般并不重合（光轴在入射面则 重合）
d ：旋光物质的厚度
旋光率
cd
二．应用
c 溶液浓度
量糖术
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红色相消→绿色
厚度 d 均匀，白光 亮；暗；亮暗色互补 厚度 d 不均匀，白光 彩色条纹。
蓝色相消→黄色
§ 17
人工双折射现象
介质：天然各向异性 人为各向异性
S
F C
有机玻璃
一．人工双折射现象
1. 应力双折射效应
〃 〃

P1
P2
干涉
d
F
光弹性效应
2. 电光效应
克尔效应 (1875年)
45 P1
§16
双折射现象
一．光的双折射现象 二．晶体光轴、主平面 三．单轴晶体中光传播的惠更斯作图法 四．晶体偏振器件 五．偏振光干涉
§17
人工双折射现象
一．人工双折射现象 二．应用
§18
旋光现象
一．旋光现象 二．应用
作业： p247
5.10、5.12
§ 16
双折射现象
1. 光的双折射现象 2. 寻常光 o
Ae
P
1
C
e
o
α
P
2
2k 1 d ne no 2
相长干涉
d
k d 相消干涉 ne no
厚度 d 均匀，单色自然光 亮；暗；亮暗之间 厚度 d 不均匀，单色自然光 等厚干涉条纹。
4.色偏振
P
1
C
e
o
α
P
2
2k 1 d ne no 2
相长干涉
d
k d 相消干涉 ne no
b. 光轴平行晶体表面， 自然光斜入射
c. 光轴与晶体表面斜交，
自然光斜入射
一．椭圆偏振光和圆偏振光
1. 实验装置 P 为偏振片 C 单轴晶片 光轴平行晶面 与 P 的偏振化方向成α夹角 厚度 d ，主折射率为 no 和 ne
P
C
α
d
合成
2. 椭圆偏振光原理
P
C
e
o
α
单色自然光，成为线偏光
d
(no ne )d
晶体：各向异性
非常光线： 晶体内各个方向上：折射率不相等，传播速率不同 寻常光线： 晶体中各个方向上：折射率相同，传播速率相同 某些特殊方向： 寻常光线、非常光线：折射率相等，光的传播速率相等， 无双折射现象 o光各向同性 晶体的光轴 e光各向异性
光轴方向o、e光折射率相同
沿光轴e光折射率要么最大要 么最小
d
A1
A o
P1
C Ae
A1 sin cos A2o
A2 e 与 A2 o
反 方向相
A 2o
A2e
P2
3. 位相差
P
1
C
e
o
α
P
2
c
2d

ne no 2d ne no
d
c
A1
P1
C
A o 2k 1 P2 2k d 相长干涉 A2o A 2e ne no 2 k (2k 1) d 相消干涉 n e no
寻常光（o光）遵从折射定律
n1 sin i n2 sin ro
非寻常光（e光） 一般不遵从折射定律
自然光 n1 n2 (各向异 性媒质)
e光 o光
i
sin i const sin re
o 光、 e 光：线偏振光
振动方向互相垂直
ro
o光
re e光
e 光折射线也不一定在入射面内
三．单轴晶体中光传播的惠更斯作图法 1. 单轴晶体的子波波阵面