8.3 光在各向异性介质中的传播

8.3 光在各向异性介质中的传播 8 材料的光学性能 8.1 光传播的基本性质 8.2 光在界面的反射和折射 8.3 光在各向异性介质中的传播 8.4 光的吸收、色散和散射 8.5 无机材料的透光性 8.6 无机材料的颜色 8.7 特种光学材料及其应用
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 8.3.2 旋光
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念
当一束自然光穿过各向异性介质时，由于在各个方向上的折 射程度不同，分成两条折射光的现象称为双折射现象。
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念
寻常光 ---- o光 线偏振光 对应的折射率称为常光折射率 no ，不论入射光的入射角如何变 化，no始终为一常数 服从折射定律 非常光 ---- e光 线偏振光 对应的折射率称为非常光折射率 ne ， ne 值随着入射光的入 射角变化而变化 不服从折射定律，e光折射线也不一定在入射面内
Materials Physics 介质1 介质2
i1
O
io
x
ie
n1 sin i = n2 sin io
e光
z
o光

8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念
光轴 在晶体中存在一个特殊的方向，光线沿着该方向传播时，o光、 e 光的传播速度相同，折射率相同，两光线重合，不发生双折 射，这些特殊的方向称为晶体的光轴。 ¾ 平行于光轴方向，no=ne，o、e光重合，不发生双折射现象； ¾ 垂直于光轴方向， no、ne相差最大，o、e光偏离最严重。 单轴晶体：只有一个光轴方向 方解石、石英、红宝石等 双轴晶体：有两个光轴方向 蓝宝石、云母、硫磺等
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念 方解石的光轴
102 0
78 102 0
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0
78 0
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方解石晶体，亦称冰洲 石晶体，即CaCO3，碳酸 钙的六角晶系，是一种典 型的双折射晶体。
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念
主平面 光线传播方向和光轴方向所组成的平面称为此光线的主平面。 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
o光的主平面
· · · · 光轴
e光的主平面
o光
光轴
e光
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念
o光和e光的波振面 o光传播时，电矢量垂直于光轴，所以沿各个方向传播时， 振动频率相同，则速度也相同，其波面为球面。 e光在不同方向传播时，电矢量相对于光轴的方向不同，其 振动频率也不同，所以速度也 不同，其波面为旋转椭球面。 光轴
• • • •• • • • • • •• • • • •
υ o Δt
光轴 υ o Δ t
υ e Δt
o光的波阵面为球面
e光的波阵面为椭球面
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念
晶体的主折射率 o光的折射率与方向无关，只有一个折射率 no =
c vo
由于e光在不同方向传播速度不同，折射率也不同。 定义 c ， e光在垂直光轴方向上的折射率ne为主折射率，ne = ve ve为e光沿与光轴垂直方向传播时的速度。 若none，即o光的传播速度小于e光的传播速度，这种晶 体称为负晶体。
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8.3 光在各向异性介质中的传播
8.3.1 双折射 1. 双折射的概念
晶体的主折射率
正晶体
如石英晶体
负晶体 主折射率
如方解石晶体
主折射率
n o = 1 . 543 n e = 1 . 552
no = 1.658 ne = 1.468
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no < ne
no > ne

光线沿晶体的某截面入射，此界面的法线与晶体的光轴晶体的主截面是晶体本身所决定的，与光线无关。

用各向异性振子模型来解释双折射现象产生的原因

一束光线与细晶透明铁电陶瓷斜交并沿此方向传播时，会产生双折射，即光线被分解为两束线偏振光。这种双折射率可借助于外加电场的变化或陶瓷剩余极化强度的变化来进行控制，称为电

外加电场后，电畴作定向排列，产生宏观极化强度，因而产生

的添加量表现出不同特点

特点：矫顽场高、极化达饱和时的双折射变化正比于外加电场。

偏振光通过某些物质后，其振动面以光的传播方向为轴线转过

，其比例系数为该

旋光率的数值与波长有关，不同颜色的振动