光学 双折射 教案
《光学》电子教案
§5-3 光通过单轴晶体时的双折射现象
一、双折射现象 1、什么叫双折射现象
1669年,巴托里奴斯发现,一束光进入方解石(晶体)后产生两束折射光,我们将一束光进入晶体后产生两束折射光的现象,叫双折射现象。
2、寻常光和非常光
一束光垂直晶面入射,折射光中一束遵守折射定律,另一束不遵守折射定律。 遵从折射定律的光线称为寻常光线,简称o 光, 不遵从折射定律的光线称为非常光线,简称e 光,
不遵从折射定律的含义:1°,常数 21i i sin /sin ,2°折射面与入射面不一定重合。寻常光和非常光都是平面偏振光。
二、光轴与主截面
1、光轴:在晶体内常有一个或两个固定的方向,光在晶体内沿着这一方向传播时,不发生双折射,这一方向称为晶体的光轴。
注意:光轴仅标志一定的方向,并不限于某一条特殊的直线。 单轴晶体、双轴晶体 2、主截面
包含光轴和一条给定光线的平面,叫作与这条光线相对应的晶体的主截面。 通过o 光和光轴所作的平面称为o 光的主截面。 通过e 光和光轴所作的平面称为e 光的主截面。 O 光垂直于自己的主截面;e 光平行于自己的主截面。
光轴位于入射面内,o 光和e 光的主截面重合,一般情况下不重合,但夹角很小,看作重合。
三、o 光和e 光的相对强度
1、用自然光照射,o 光和e 光强度相等。
2、用平面光(偏振光)照射,情况又如何?
入射偏振光的振幅为A , 其振动面与主截面夹角为θ
??
?θ
=θ
=sin A A cos A A 0e θ=2e 0tg I /I 晶体转动,改变θ角
光束若粗些,有重迭部分,晶体旋转时,重迭部分光强不变。
θ=220sin A I θ=22e cos A I I A )cos (sin A I I 2222e 0==θ+θ=+
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α,试求当α分别等于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)。
§5-4 光在晶体中的波面
一、 o光和e光的波面
双折射的实质是o 光和e 光在晶体中的传播速度不同。
o光的传播规律与光在各向同性介质中一样,Vo 沿各方向的传播时相同,波面为球面。
e 光则不然,Ve 沿各方向的传播时不同,波面为椭球面。
光沿光轴传播, e光振动方向垂直光轴
光垂直光轴传播,e光振动方向平行光轴,
在光轴方向:两波面相切;
垂直于光轴方向:两波光速相差最大。
单轴晶体分为两类:vo>ve 叫正晶体(如石英),ve>vo 叫负晶体(如方解石)。
二、光在晶体中的传播方向
1、单轴晶体内o光和e光的传播方向
利用o光和e光的波面图和惠更斯求波面作图法,
可以确定o光和e光在晶体内的传播方向。
1、光轴在入射面内,并与晶体表面成一定倾
角,平行光以入射角i
1入射到晶体表面。
o
o
e n
c
v
v=
=
e
e n
c
v=
AB为入射光波面,B点发出次波传至o点时,A点发出的次波已进入晶体内,作出o光和e光的波面,它们在光轴方向相切,作出整个光束在晶体内传播时o光和e光的波面,o光的波面为DE,e光的波面为DF,o光传播方向与波面垂直,e光的传播方向与波面不垂直。
2、光轴垂直于晶体表面,并平行于入射面,平行光垂直入射。
o光和e光传播方向一致,速度相同不产生双折射。
3、光轴平行于晶体表面,并平行于入射面,平行光垂直入射。
产生双折射。
4、光轴平行于晶体表面,并垂直于入射面,平行光垂直入射。
O 光和e 光的传播方向一致,但速度不同,产生双折射。
5、光轴平行于晶体表面,并垂直于入射面,平行光以入射角i 1射到晶体表面。 e 光在垂直于光轴方向传播时,传播方向与波面垂直,Ve 为常数。
二、单轴晶体的主折射率 1、晶体对o 光的折射率
0v c
n
, ∵0v 与方向无关,0n 与方向无关。
2、晶体对e 光的折射率
e 光在晶体内的传播速度与方向有关,双折射晶体对e 光的折射率是方向的函数。 光轴垂直于入射面的特殊情况下,e 光也遵从折射定律。
e
e e 21v c
t v t c AD /AF AD /BD i sin i sin =
??===常数,遵守折射定律 定义:e
e v c
n =
,为晶体对e 光的主折射率,即e 光在垂直于光轴方向的折射率。 晶体对e 光在其他方向的折射率价于0n 与e n 之间。
正晶体,0n