光的双折射
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则 d
k , k 1,2, 该波片称为波长片或全波片。 ne no *若O和e光相位差为 (2k 1) ，光程差是半波长的奇数倍。 (2k 1) 则 d , k 0,1,2, 2(ne no )
称为二分之一波长片 或半波片。
(no ne )d 2 /
O
•
e
•
d
M是起偏器，经它可 从自然光中获得垂直 射向波片C的线偏光。
• •
波片C光轴平行于晶体 表面，透振方向与光 轴方向之间的夹角
入射波片的线偏光的振幅
垂直射入波片的线偏光，分解成O光其振动 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 A cos
方解石
k d , k 1,2, 该波片称为波长片或全波片。 n0 ne *若O和e光相位差为 (2k 1) ，光程差是半波长的奇数倍。
*若O光和e光的相位差为： 2k ，光程差是波长的整数倍。
(2k 1) 则 d , k 0,1,2, 称为二分之一波长片或半波片。 2(n0 ne )
光轴在ACNM平面内方向与AC成480，入射面取ACNM面
A
220
M
•
0 C 68
e
O
•
760 N
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CN处为涂黑层所吸收。
沿光轴方向与O光具有相同的速率。
e 光波面
O光波面
O光波面
e 光波面
光轴方向
光轴方向
负晶如方解石CaCO3
正晶如石英SiO2
e 光在垂直于光轴方向上的传播速率Ve ，在该方向的折射率 ne主 。 e 光在其它方向上的折射率在n0 ne主 之间 。
凡属 n0
ne主 ，即 V0 Ve 晶体称为负晶。
•• 平行光垂直入射，光轴在入射面内，
光轴与晶体表面斜交
A
B
E
光轴
E’
F
F’
•
O
•
e
出射两束偏振方向相互垂直的线偏光
•• 平行光垂直入射，光轴在入射面内，
光轴平行晶体表面
光轴
A E
B E’ F
O
•
•
F’
具有相互垂直 的偏振方向
e
出射光沿同方向传播
• 双折射现象的应用 •• 尼科耳棱镜 两块特殊要求加工的直角方解石，如图：
作业：13、15、16
17-4 光的双折射
• 光的双折射现象
S’ S 方解石晶体 在各向同性的介质中S’是点物S 的象 B
A
实验一
天然的方解石晶体是双折射晶体
实验二
光轴与晶体的三个棱边成等角
A
光轴
M N B M’ N’
光轴
沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光， 仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。 具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。 例如：方解石、石英等。 具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。 例如：云母、硫黄等。
若光轴在入射面内， 实验发现：O光、 e 光均在入射面内传播， 且振动方向相互垂直。
若沿光轴方向入射， O光和e光具有相同 的折射率和相同的 波速，因而无双折 射现象。
• 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。
光轴
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。
设为O光超前于e光的相位，则
光轴
石英
(ne no )d 2 /
其光程差为：
e
•O •
d
(ne no )d *若O光和e光的相位差为： 2k ，光程差是波长的整数倍。
17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生
椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效为两个具有 恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光。 波片可以将垂直入射的线偏光 分解成同频率、相互垂直振动 的O 光和 e光，它们沿同一方 向传播，如图。
光轴
波片厚度d 决定O 光、 e光恒定相位差的大小。 因此，可用波片来产生 椭圆偏振光、圆偏振光 或改变入射的偏振态。
2 (no ne )d
振动合成示意图
出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光。
•• 渥拉斯顿棱镜
D
两块直角方解石光轴相互垂直，如图：
C
• ••
A
O
O
• •e
•e
B
•
光从光密到光疏 折射光要偏离法线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方解石
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。
O 光振动垂直
于光线和光轴 组成的平面。
O
•e
e
光振动平行 于光线和光轴 组成的平面。
使用
为简略以下 n n 凡属 0 e主 ，即 V0 Ve 晶体称为正晶。
ne主
方解石 石英 1.4864 1.5534
no
1.6584 1.5443
ne ne主
对波长为589.3纳米的钠黄光
•• 平行光倾斜入射，光轴在入射面内，
光轴与晶体表面斜交
A E 光轴
•
O
F
e
•
O
e
如果光轴不在入射面内，球面和椭球面相切的点， 就不会在入射面内，则 O光、e 光振动方向并不 相互垂直。
*若O和e光相位差为 (2k 1) / 2
(2k 1) , k 0,1,2, 则 d 称为四分之一波长片。 4(n0 ne ) 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 中有着独特的作用。
1 ，光程差是 波长的奇数倍。 4
AO A sin
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。 经过波片后，O光和e光 的相位差：
•• 二向色性人造偏振片
二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同时有 选择吸收的性能。例如，电气石对O 光的吸收能力特别 强，结果就只剩下e 光穿出晶体。
•• 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 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。
• 寻常光（O光）和非常光（e光） •• 寻常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速
相同），且在入射面内传播，简称它为O光。 O光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
•• 非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一
定在入射面内传播，简称为
e 光。
e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
光的双折射 复习提纲
提纲
17-4 光的双折射
• 光的双折射现象
• 寻常光（O光）和非常光（e光） • 用惠更斯原理解释光的双折射现象 • 双折射现象的应用 •• 尼科耳棱镜 •• 渥拉斯顿棱镜 •• 二向色性人造偏振片 •• 波晶片
17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生
k , k 1,2, 该波片称为波长片或全波片。 ne no *若O和e光相位差为 (2k 1) ，光程差是半波长的奇数倍。 (2k 1) 则 d , k 0,1,2, 2(ne no )
称为二分之一波长片 或半波片。
(no ne )d 2 /
O
•
e
•
d
M是起偏器，经它可 从自然光中获得垂直 射向波片C的线偏光。
• •
波片C光轴平行于晶体 表面，透振方向与光 轴方向之间的夹角
入射波片的线偏光的振幅
垂直射入波片的线偏光，分解成O光其振动 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 A cos
方解石
k d , k 1,2, 该波片称为波长片或全波片。 n0 ne *若O和e光相位差为 (2k 1) ，光程差是半波长的奇数倍。
*若O光和e光的相位差为： 2k ，光程差是波长的整数倍。
(2k 1) 则 d , k 0,1,2, 称为二分之一波长片或半波片。 2(n0 ne )
光轴在ACNM平面内方向与AC成480，入射面取ACNM面
A
220
M
•
0 C 68
e
O
•
760 N
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CN处为涂黑层所吸收。
沿光轴方向与O光具有相同的速率。
e 光波面
O光波面
O光波面
e 光波面
光轴方向
光轴方向
负晶如方解石CaCO3
正晶如石英SiO2
e 光在垂直于光轴方向上的传播速率Ve ，在该方向的折射率 ne主 。 e 光在其它方向上的折射率在n0 ne主 之间 。
凡属 n0
ne主 ，即 V0 Ve 晶体称为负晶。
•• 平行光垂直入射，光轴在入射面内，
光轴与晶体表面斜交
A
B
E
光轴
E’
F
F’
•
O
•
e
出射两束偏振方向相互垂直的线偏光
•• 平行光垂直入射，光轴在入射面内，
光轴平行晶体表面
光轴
A E
B E’ F
O
•
•
F’
具有相互垂直 的偏振方向
e
出射光沿同方向传播
• 双折射现象的应用 •• 尼科耳棱镜 两块特殊要求加工的直角方解石，如图：
作业：13、15、16
17-4 光的双折射
• 光的双折射现象
S’ S 方解石晶体 在各向同性的介质中S’是点物S 的象 B
A
实验一
天然的方解石晶体是双折射晶体
实验二
光轴与晶体的三个棱边成等角
A
光轴
M N B M’ N’
光轴
沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光， 仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。 具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。 例如：方解石、石英等。 具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。 例如：云母、硫黄等。
若光轴在入射面内， 实验发现：O光、 e 光均在入射面内传播， 且振动方向相互垂直。
若沿光轴方向入射， O光和e光具有相同 的折射率和相同的 波速，因而无双折 射现象。
• 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。
光轴
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。
设为O光超前于e光的相位，则
光轴
石英
(ne no )d 2 /
其光程差为：
e
•O •
d
(ne no )d *若O光和e光的相位差为： 2k ，光程差是波长的整数倍。
17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生
椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效为两个具有 恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光。 波片可以将垂直入射的线偏光 分解成同频率、相互垂直振动 的O 光和 e光，它们沿同一方 向传播，如图。
光轴
波片厚度d 决定O 光、 e光恒定相位差的大小。 因此，可用波片来产生 椭圆偏振光、圆偏振光 或改变入射的偏振态。
2 (no ne )d
振动合成示意图
出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光。
•• 渥拉斯顿棱镜
D
两块直角方解石光轴相互垂直，如图：
C
• ••
A
O
O
• •e
•e
B
•
光从光密到光疏 折射光要偏离法线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方解石
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。
O 光振动垂直
于光线和光轴 组成的平面。
O
•e
e
光振动平行 于光线和光轴 组成的平面。
使用
为简略以下 n n 凡属 0 e主 ，即 V0 Ve 晶体称为正晶。
ne主
方解石 石英 1.4864 1.5534
no
1.6584 1.5443
ne ne主
对波长为589.3纳米的钠黄光
•• 平行光倾斜入射，光轴在入射面内，
光轴与晶体表面斜交
A E 光轴
•
O
F
e
•
O
e
如果光轴不在入射面内，球面和椭球面相切的点， 就不会在入射面内，则 O光、e 光振动方向并不 相互垂直。
*若O和e光相位差为 (2k 1) / 2
(2k 1) , k 0,1,2, 则 d 称为四分之一波长片。 4(n0 ne ) 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 中有着独特的作用。
1 ，光程差是 波长的奇数倍。 4
AO A sin
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。 经过波片后，O光和e光 的相位差：
•• 二向色性人造偏振片
二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同时有 选择吸收的性能。例如，电气石对O 光的吸收能力特别 强，结果就只剩下e 光穿出晶体。
•• 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 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。
• 寻常光（O光）和非常光（e光） •• 寻常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速
相同），且在入射面内传播，简称它为O光。 O光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
•• 非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一
定在入射面内传播，简称为
e 光。
e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
光的双折射 复习提纲
提纲
17-4 光的双折射
• 光的双折射现象
• 寻常光（O光）和非常光（e光） • 用惠更斯原理解释光的双折射现象 • 双折射现象的应用 •• 尼科耳棱镜 •• 渥拉斯顿棱镜 •• 二向色性人造偏振片 •• 波晶片
17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生