光的双折射

Ae = A cos α
AO = A sin α
波片， 则从C出射圆偏振光 若C为1/4波片，即δ=π/2，且若α=450，则从 出射圆偏振光 为 波片 π ， 波片， 若C为1/4波片，且α450、 α900或00，则出射椭圆偏振光 为 波片 不为波长片也不是半波片， 若C不为波长片也不是半波片，即 δkπ 时，且α450、 不为波长片也不是半波片
出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光。 平面内的偏振光 出射偏振方向在
•• 渥拉斯顿棱镜
D O
两块直角方解石光轴相互垂直，如图： 两块直角方解石光轴相互垂直，如图：
C O
• ••
A
• •e
•e
B
光从光密到光疏 折射光要偏离法线
•
在棱镜BCD中，传播的 O光和 光波面与入射面 光和e光波面与入射面 相截成两个同心圆。 相截成两个同心圆。
光轴
石英
e
光快。 光比O光慢 对于石英晶体e光比 光慢。
O光和e光两者到达波片的另一 光和 表面时，必然有相位差。 表面时，必然有相位差。 设δ为O光超前于e光的相位，则 光超前于 光的相位，
光轴
石英
δ = (ne − no )d 2π / λ
其光程差为： 其光程差为：
则从C垂直出射椭圆偏振光 垂直出射椭圆偏振光。 α900或、 α00 时，则从 垂直出射椭圆偏振光。 经过波片后， 光和 经过波片后，O光和e光 的相位差： 的相位差：
δ = (no − ne )d
2π
λ
振动合成示意 图
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， 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。 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。 具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。 例如：方解石、石英等。 例如：方解石、石英等。 具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。 具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。 例如：云母、硫黄等。 例如：云母、硫黄等。
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： 两块特殊要求加工的直角方解石，如图：
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 光入射角大于 其临界角arc sin(1.55/1.658)=69012’，被全反射， 其临界角 ，被全反射， 处为涂黑层所吸收。 在CN处为涂黑层所吸收。 处为涂黑层所吸收
光的双折射
• 光的双折射现象
• 寻常光（O光）和非常光（e光） 寻常光（ 光 和非常光（ 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、
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生 椭圆偏振光、
光轴
波片厚度d 决定O 波片厚度 决定 光、 e光恒定相位差的大小。 光恒定相位差的大小。 光恒定相位差的大小 因此， 因此，可用波片来产生 椭圆偏振光、 椭圆偏振光、圆偏振光 或改变入射的偏振态。 或改变入射的偏振态。
O
•
e
•
d
M是起偏器，经它可 是起偏器， 是起偏器 从自然光中获得垂直 射向波片C的线偏光 的线偏光。 射向波片 的线偏光。
• 寻常光（O光）和非常光（e光） 寻常光（ 光 和非常光（ 光 •• 寻常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速 对于晶体一切方向都具有相同的折射率（
相同），且在入射面内传播，简称它为 光 相同），且在入射面内传播，简称它为O光。 ），且在入射面内传播 O光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。 光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。 光振动方向垂直于该光线
(2k +1)λ , k = 0,±1,±2,LL 则 d= 称为四分之一波长片。 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 光和e光有相位上的 波片的作用是使通过它的 光和 光有相位上的 改变，因此也称为相位延迟器。 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。 中有着独特的作用。
e
•O •
d
∆ = ( ne − no ) d *若O光和e光的相位差为 δ = 2kπ ，光程差是波长的整数倍。 光程差是波长的整数倍。 光和 光的相位差为：
kλ , k = ±1,±2,LL 该波片称为波长片或全波片。 ne − no *若O和e光相位差为δ = (2k +1)π ，光程差是半波长的奇数倍。 光程差是半波长的奇数倍。 光程差是半波长的奇数倍
•• 平行光垂直入射，光轴在入射面内， 平行光垂直入射，光轴在入射面内，
光轴与晶体表面斜交
A E 光轴 F
B E’ 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， 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 F O
B E’ F’
•
e
•
具有相互垂直 的偏振方向
e 光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭球面。 光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭球面。
沿光轴方向与O光具有相同的速率。 沿光轴方向与 光具有相同的速率。 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 负晶如方解石CaCO3 负晶如方解石 光轴方向
正晶如石英SiO2 正晶如石英
则 d=
(2k +1)λ 称为二分之一波长片 则 d= , k = 0,±1,±2,LL 或半波片。 或半波片。 2(ne − no )
δ = (no − ne )d 2π / λ
方解石
kλ d= , k = ±1,±2,LL 该波片称为波长片或全波片。 该波片称为波长片或全波片。 n0 − ne *若O和e光相位差为δ = (2k +1)π ，光程差是半波长的奇数倍。 光程差是半波长的奇数倍。 和
•• 波晶片（波片） 波晶片（
厚度为d 光轴与两个表面平行 厚度为 ,光轴与两个表面平行 的双折射晶体薄片称为波片。 的双折射晶体薄片称为波片。 当自然光垂直入射时， 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， 线偏振光，它们沿原入射方向 同向传播，但传播速度不同。 同向传播，但传播速度不同。
no
1.6584 1.5443
n e = n e主
对波长为589.3纳米的钠黄光 纳米的钠黄光 对波长为
•• 平行光倾斜入射，光轴在入射面内， 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， 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， 就不会在入射面内，则 O光、e 光振动方向并不 光 相互垂直。 相互垂直。
若沿光轴方向入射， 若沿光轴方向入射， O光和 光具有相同 光和e光具有相同 光和 的折射率和相同的 波速， 波速，因而无双折 射现象。 射现象。
• 用惠更斯原理解释光的双折射现象
惠更斯原理： 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。 惠更斯原理： 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。 O 即具有各向同性的传播速率。 即具有各向同性的传播速率。
方解石
O 光振动垂直
于光线和光轴 组成的平面。
e
O
•e
光振动平行 于光线和光轴 组成的平面。 组成的平面。
•• 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， 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 选择吸收的性能。例如，电气石对 光的吸收能力特别 结果就只剩下e 光穿出晶体。 强，结果就只剩下 光穿出晶体。
α
• •
波片C光轴平行于晶体 波片 光轴平行于晶体 表面， 表面，透振方向与光 轴方向之间的夹角 α
入射波片的线偏光的振幅
垂直射入波片的线偏光，分解成 光其振动 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； 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。 光振动方向平行于入射面，平行于光轴。
1 波长的奇数倍。 ，光程差是 波长的奇数倍 4
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、
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生 椭圆偏振光、
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 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。 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、 分解成同频率、相互垂直振动 的O 光和 e光，它们沿同一方 光 向传播，如图。 向传播，如图。
•• 非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一 非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，
定在入射面内传播，简称为 e 光。 定在入射面内传播，
e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。