15.2光在晶体中的传播-14次讲解
光现象每节知识点总结
光现象每节知识点总结一、光的传播光的传播是指光线在空间中的传播过程。
光的传播可以分为直线传播和曲线传播。
在真空中，光线传播的路径是直线的，即直线传播。
但当光线遇到介质界面时，会发生折射和反射，这时光线就会产生曲线传播的现象。
1.1 直线传播在真空中，光线传播是直线的。
这是因为真空中没有物质分子，光线不受到任何干扰，所以能够沿直线传播。
而在空气中，光线也基本上是直线传播的。
1.2 曲线传播当光线通过介质界面时，由于介质的密度和折射率不同，会产生反射和折射。
这时光线的传播路径就会产生曲线，即发生了曲线传播的现象。
比如光线从空气中进入水中，会发生折射，从而改变传播路径，产生曲线传播的现象。
二、光的反射光的反射是指光线遇到粗糙物体表面，被物体表面反射回来的现象。
反射是光在物体表面照射后，按照和入射角相等的规律反射出去的现象。
在反射过程中，入射光线、反射光线和法线共面，入射角等于反射角。
2.1 反射定律反射定律是光学中的一个基本原理，它规定了光线在物体表面反射时的规律。
即入射角等于反射角。
这个定律对于我们理解反射现象和解决相关问题具有非常重要的意义。
2.2 镜面反射镜面反射是指光线遇到光滑平整的表面，按照反射定律反射出去的现象。
镜面反射使得我们能够看到物体的镜像。
镜子就是利用镜面反射原理制成的。
2.3 漫反射漫反射是指光线遇到粗糙不光滑的表面，被表面反射出去的现象。
漫反射使得我们能够看到物体的颜色。
三、光的折射光的折射是指光线由一种介质进入另一种介质时，由于介质密度和折射率不同，光线的传播方向发生变化的现象。
在折射过程中，光线遵循折射定律，即入射角、折射角和介质折射率之间满足一定的关系。
3.1 折射定律折射定律是光学中的一个基本原理，它规定了光线在不同介质中折射时的规律。
即入射角的正弦与折射角的正弦之比等于介质的折射率。
这个定律对于我们理解折射现象和解决相关问题具有非常重要的意义。
3.2 折射率折射率是介质对光线折射能力大小的衡量。
《晶体光学》课件2
随着信息科学技术的快速发展，晶体光学与信息科学的交叉研究也越来越受到关注。例如，利用晶体光学原理，可以实现高速、高精度、高稳定性的光学信息处理和传输，为未来的通信和计算技术提供新的解决方案。
晶体光学在生物医学领域也有着广泛的应用前景。例如，利用晶体光学原理可以研究生物组织的结构和功能，为医学诊断和治疗提供新的手段。同时，晶体光学也可以用于药物研发和生物成像等领域，为生物医学研究提供新的工具和思路。
晶体光学在制造各种光学仪器中发挥着重要作用，如棱镜、透镜等。
晶体光学材料可作为激光介质，用于制造各种激光器。
在光纤通信领域，晶体材料可用于制造光波导等关键器件。
光学仪器制造
激光技术
通信技术
早在文艺复兴时期，科学家们就开始研究晶体的光学性质。
19世纪，费迪南德·布律内尔的研究为晶体光学的发展奠定了基础。
加强与其他学科领域的交叉融合，推动晶体光学在新型材料、光子器件、光电子学等领域的应用研究，促进相关领域的发展。
加强国际合作与交流，引进国外先进的理论和技术，提高我国晶体光学研究的整体水平。
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THANKS
光学通信技术是现代通信领域的重要发展方向，而晶体光学在其中扮演着重要的角色。例如，利用晶体光学的原理可以实现光信号的调制、解调、滤波等功能，提高通信系统的传输速度和稳定性。
晶体光学理论为光学通信技术的发展提供了重要的理论支持，促进了通信技术的不断创新和进步。
生物医学成像技术是医学领域的重要应用，如常见的X射线、CT、MRI等技术，都需要利用晶体光学原理来实现图像的获取和解析。
晶体光学理论在生物医学成像技术的发展中发挥了重要作用，为医学诊断和治疗提供了更加准确和可靠的工具。
晶体光学的研究进展与未来展望
《晶体的常识》教案最全版
《晶体的常识》教案最全版第一章：引言1.1 教学目标让学生了解晶体的基本概念和特点。
激发学生对晶体研究的兴趣。
1.2 教学内容晶体的定义与分类晶体的基本特点晶体的重要性1.3 教学方法讲授法：介绍晶体的基本概念和特点。
互动法：引导学生讨论晶体的实际应用。
1.4 教学资源课件：展示晶体的图片和实例。
视频：播放晶体生长的实验过程。
1.5 教学步骤1. 导入：通过展示晶体图片，引发学生的好奇心。
2. 讲解：介绍晶体的定义、分类和基本特点。
3. 实例分析：分析晶体的实际应用。
4. 讨论：引导学生探讨晶体的重要性。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第二章：晶体的定义与分类让学生了解晶体的定义和分类。
2.2 教学内容晶体的定义晶体的分类：原子晶体、离子晶体、分子晶体和金属晶体2.3 教学方法讲授法：讲解晶体的定义和分类。
2.4 教学资源课件：展示晶体的定义和分类。
2.5 教学步骤1. 复习：回顾上一节课的内容。
2. 讲解：讲解晶体的定义和分类。
3. 示例：展示不同类型的晶体实例。
4. 练习：让学生区分不同类型的晶体。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第三章：晶体的基本特点3.1 教学目标让学生了解晶体的基本特点。
3.2 教学内容晶体的周期性结构晶体的点阵参数晶体的对称性讲授法：讲解晶体的基本特点。
互动法：引导学生探讨晶体的对称性。
3.4 教学资源课件：展示晶体的基本特点。
3.5 教学步骤1. 复习：回顾上一节课的内容。
2. 讲解：讲解晶体的周期性结构、点阵参数和对称性。
3. 示例：展示晶体的对称性实例。
4. 练习：让学生分析晶体的对称性。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第四章：晶体的重要性4.1 教学目标让学生了解晶体的重要性。
4.2 教学内容晶体在材料科学中的应用晶体在自然界中的分布晶体在现代科技领域中的应用4.3 教学方法讲授法：讲解晶体的重要性。
互动法：引导学生探讨晶体在实际应用中的重要性。
4.4 教学资源课件：展示晶体的重要性和应用实例。
大学物理-第十四章第三课
光轴 点vo波•t 源vet
·· ··
· ·· 光轴
晶
· 正---长轴
体
e oe o
o、 e方向上虽
没分开，但速度 上是分开的，这 仍是双折射。
负---短轴
二、变相差器 圆和椭圆偏振光的起偏
波片：光轴平行于 ·· ··
表面的晶体薄片。 e ··o e ··o
波片
y
Ae
Ax
Ao
线偏振光 d
椭圆(圆、线) 光轴 偏振光
+ 45
P1 克尔盒 -
硝基苯溶液 l
45
P2 d
P1 P2
克尔盒的应用： 可作为光开关（响应时间109s）， 用于高速摄影、 激光通讯、光速测距、 脉冲激光系统（作为Q开关） 克尔盒的缺点： 硝基苯有毒，易爆炸，需要极高的纯度 和加数万伏的高电压，故现在很少用。
子弹射穿苹果的瞬间（高速摄影）
等倾条纹照片 形状： 一系列同心圆环
条纹间隔分布： 内疏外密 条纹级次分布： 内高外低
实际应用中大都是平行光垂直入射到劈尖上。
考虑到劈尖夹角极小， 反射光1、2在膜面的光 程差可简化计算。
单色平行光垂直入射 在A点，反射光1有半波
反射光2 反射光1
损失，所以反射光1、2的
n n
·A
e
光程差为 (e) 2ne
2
当k ( k) 一定时，i也一定，即倾角
S· 1 2 L
ii
n’ n
n’
e
i相同的光线对应同一条干涉条纹 — 等倾条纹
条 形状： 一系列同心圆环 r环= f tg i
纹 条纹间隔分布： 内疏外密（为什么？）
的 条纹级次分布： 内高外低 rk i k
第五章 光在晶体中的传播
方解石晶体的光轴（方向）
Z
0
102 102 78
0
0
光轴
磨 抛光
0
102 78
0
78
0
Z’
晶体的光学分类
按几何结构来分类: 立方晶系 三方、四方、六方晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系 • • • • 按光学性质来分类: 光学各向同性晶体 单轴晶体 双轴晶体
四.晶体的主截面
当光线入射晶体时，晶体入射表面法线和 晶体光轴构成的平面叫做晶体的主截面，主截
o光和e光全反射临界角为: nc nc sin ico ,sin ice , no ne
ne<no
自然光
线偏振光
ice ico
ico ice ,
对一定波长的光，选择和nc，使
则o光全反射，e光透射。出射线偏振光。可得到两束振动方 向相互垂直的线偏振光。 优点： （1）光波垂直端面入射，垂直端面出射，光强反射损失小； （2）出、入射光基本在同一直线上 （3）可作为偏振分束器
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
II
I
I中的o光变为 II中的e光，折射率 no→ne，由密到疏，远离法
2019年八年级物理上册第四章光的传播知识点总结新版新人教版20200417134
第四章光的流传知识点概括1、光源：能发光的物体叫做光源。
光源可分为天然光源( 水母、太阳 ) ，人造光源 ( 灯泡、火把 ); 月亮不是光源2、光在同种平均介质中沿直线流传;光的直线流传的应用：(1)小孔成像：像的形状与小孔的形状没关，像是倒立的实像 ( 树阴下的光斑是太阳的像 )(2)获得直线：激光准直 ( 挖地道定向 ); 整队会合 ; 射击对准 ;(3)限制视线：井底之蛙、一叶障目 ;(4)影的形成：影子 ; 日蚀、月食 ( 要求会作图 )3、光芒：常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向;4、全部的光路都是可逆的，包含直线流传、反射、折射等。
一、光速1、真空中光速是宇宙中最快的速度;c=3 ×108m/s;2、光年：是光在一年中流传的距离，光年是长度单位;声音在固体中流传得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不流传;光在真空中流传的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢( 两者恰好相反) 。
光速远远大于声速 ( 如先看见闪电再听见雷声; 在跑 100m时，声音流传时间不可以忽视不计，但光传播时间可忽视不计) 。
二、光的反射1、当光射到物体表面时，被反射回来的现象叫做光的反射。
2、我们看见不发光的物体是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。
3、反射定律：在反射现象中，反射光芒、入射光芒、法线都在同一个平面内; 反射光芒、入射光芒分居法线双侧; 反射角等于入射角。
5、光路图 ( 要求会作 ) ：(1)、确立入 ( 反) 射点：入射光芒和反射面或反射光芒和反射面或入射光芒和反射光芒的交点即为入射 ( 反射 ) 点(2)、依据法线和反射面垂直，作出法线。
(3)、依据反射角等于入射角，画进出射光芒或反射光芒6、两种反射：镜面反射和漫反射。
(1) 镜面反射：平行光射到圆滑的反射面上时，反射光仍旧被平行的反射出去;(2) 漫反射：平行光射到粗拙的反射面上，光芒各个方向反射出去;(3)镜面反射和漫反射的同样点：都是反射现象，都恪守反射定律 ; 不一样点是：反射面不同( 一圆滑，一粗拙) ，一个方向的入射光，镜面反射的反射光只射向一个方向( 刺目 ); 而漫反射射向四周八方;( 下雨天向光逛逛暗处，背光走要走亮处，因为积水发生镜面反射，地面发生漫反射，电影屏幕粗拙、黑板要粗拙是利用漫反射把光射向四周，黑板上“反光”是发生了镜面反射 )三、平面镜成像1、平面镜成像特色：像是虚像，像和物对于镜面对称( 轴对称图形 ) 。
光学第八章-光在晶体中的传播
光在晶体中的量子效应和应用
量子效应
在晶体中，由于晶格结构的周期性和原子间的相互作用，光在传播时会表现出一些特殊的量子效应， 如光子带隙、光子局域化和非线性光学效应等。
应用
利用光在晶体中的量子效应，可以开发出一系列新型的光学器件和光子技术，如量子点、量子阱、光 子晶体和量子通信等。这些技术在信息传输、能源转换和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
考虑晶体的各向异性，波动方程需要 采用张量形式表示，以描述光在晶体 中的传播特性。
边界条件
光在晶体中传播时，需要满足一定的 边界条件，如切向分量连续、法向分 量连续等，以确保光在晶体界面处的 连续性和稳定性。
光在晶体中的传播方向和波矢
传播方向
光在晶体中的传播方向由波矢决定，波矢方向与光的传播方向一致。对于各向 异性晶体，光的传播方向可能不沿着晶体的主轴方向。
反射定律
光在晶体表面发生反射时，遵循反射定律，即反射光线、入射光线和法线位于同一平面内 ，且反射角等于入射角。
全反射现象
当光从光密介质进入光疏介质时，如果入射角大于或等于临界角，光线将全部反射回光密 介质中，这种现象称为全反射。
光在晶体中的双折射现象
双折射现象
当一束光波射入各向异性的晶体时，会分成两束光波沿不 同方向传播，这种现象称为双折射现象。
滤光器件
滤光片
利用晶体对不同波长光的吸收特 性，实现特定波长光的滤除或透
过。
滤色片
利用晶体对不同颜色光的吸收特性， 实现特定颜色光的滤除或透过。某一特定波长光的强烈反射或透射。
调制器件和开关器件
光调制器
利用晶体的电光效应、声 光效应等，实现对光信号 的幅度、频率、相位等参 数的调制。
术
15.2-光在晶体中的传播-14次解析
内容
一、晶体的双折射及相关概念 二、晶体的介电张量 三、单色平面波在晶体中的传播
一、晶体的双折射及相关概念
1.双折射现象
1669年丹麦科学家巴塞林(Bartholin)发现双折射现象
双双双折折折 射
o光 e光
方解石晶体
1. 双折射现象
光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互 垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射 光，这种现象称为双折射 (Double Refraction)。
三、单色平面波在晶体中的传播
根据光的电磁理论，光在晶体中的传播特性仍然由麦 克斯韦方程组描述。
D 0 B 0 E B
t H D
t
(1-8) (1-9) (1-10)
(1-11)
D E B H J E
麦克斯韦方程组
均匀、不导电、非磁性的各向异性介质(晶体)中，若 没有自由电荷存在，麦克斯韦方程组为
石英
SiO2
589.3 1.5442 1.5533
石英
SiO2
486.1 1.5497 1.5590
石英
SiO2
200
1.640
1.653
金红石
TiO2
589.3 2.6131 2.9089
金红石
TiO2
486.1 2.7346 3.0631
冰 表 一些H2单O 轴晶体5的89.折3 射率1.3和09双折率1.310
k0
波阵面
(13)
DE k
H
s
波阵面
vk vs
(3)相速度和光线速度
光线速度 vs是单色光波能量的传播速度，其方向为能 流密度(玻印亭矢量)的方向 s，大小等于单位时间内 流过垂直于能流方向上的一个单位面积的能量除以能 量密度，即
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xx、 yy、 zz 称为晶体的三个“主介电常数”。
对于晶体而言，在其生长过程中，其主轴就已经确定，至于何者 为x轴，何者为y轴，何者为z轴，则根据方便确定，一般按照数值 zz ；前者称为正晶体， 大小确定脚标， xx yy ；或者， xx yy zz 后者称为负晶体。
Di ij Ei
简写成：
(i、j=x、y、z)
写成矩阵形式，有：
Dx xx D y yx D z zx
xy yy zy
xz E x yz E y E zz z
当方解石晶体旋转
时，o光不动，e光 围绕o光旋转
2.晶体特性
方解石晶体结构 （Calcite--CaCO3） 顿隅
（1）、光轴(Optical axis)：
在双折射晶体中存在一个特殊的 方向，当光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ束在这个方向传播时不发生双折射，此 方向称为晶体的光轴。
在光轴方向上，o 光和 e 光都遵守折射定律。而 且： no=ne
3．晶体的分类（Types of crystal）：
• 各向同性晶体（Isotropic crystal）：不产生双折 射现象。如：NaCl • 双折射晶体（Anisotropic crystal）： 单轴晶体（Uniaxial）：只有一个光轴方向 的晶体。如：方解石(Calcite)、 石英(Quartz)。 双轴晶体（Biaxial）：有两个光轴方向的晶体。 如：云母(Mica)等。
xx xy xz [ ] yx yy yz ——称为介电常数张量。 zx zy zz 它是二阶张量，对于非吸收晶体，具有对称性。
晶体的介电常数一般不能用标量表示，而必需用二阶张量表示。 由于晶体具有对称性，恰当地选取坐标轴，例如让坐标轴与某 一周期方向一致，介电常数二阶张量就可以简化成： 0 xx 0 0 0 yy 0 zz 0 x、y、z称为晶体的三个“主轴”。
若方解石晶体各棱等长
表面法线n
n
当入射光在主截面内时，o光e光主平面均为主截面。
o光和e光均为线偏振光
o光的振动方向垂直于它自己的主平面，e光的 振动方向平行于它自己的主平面
o光
e光
一般情况下，e光不一定在入射面内，o光和e光的主平面并不重合
当入射面是晶体的主截面时，o光和e光的主平面重合，此时o光与e
光的振动方向相互垂直
（3）o光与e光的偏振态
①、o光和e光都是线偏振光； ②、o光振动方向与o光主平面垂直，因而 总与光轴垂直； ③、e光振动方向在e光主平面内，因而与 光轴的夹角随传播方向而改变； ④、当光线在主截面入射时，主平面与主 截面重合，则o光振动方向垂直于主截面， e光振动方向在主截面内；
z Dz
晶体中，在一般情形下两个矢量D和E 的方向不同，如左上图所示。
Ez E
O
D
y
Ey
Dy
如果 xx yy zz ，则D始终与E同方 向，对应着各向同性媒质情形，称为各 向同性晶体，如属于立方晶系的各种晶 体。 如果 xx、 yy、 zz 互不相等，仅当E 的方向恰好沿某一个主轴时，D才与E 有相同的方向，如属于正交、单斜、三 斜晶系的各种晶体，称为双轴晶体。 如果 xx、 yy、 zz 中有两个相等，例 如 xx yy zz，则当E位在xy平面内 (Ez=0)时，D也能与它同方向，如左下 图所示。这时在xz、yz平面上具有各向 异性，如属于三方、四方、六方晶系的 各种晶体，称为单轴晶体。
寻常光（Ordinary light, o光）和非寻常光 （ Extraordinary light ,e光）
两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻
常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称
为非寻常光（e光）。
说明：1〕o光和e光与晶体密不可分
2〕折射定律的含义
折射定律有两个含义：
A. 折射角的关系，B. 入射光线和折射光线与法线同在一个平面。
（2）主平面(Principal plane)和主截面 (Principal section)：
主平面：光线和光轴所组成的平面。 o光主平面：o光和晶体光轴组成的面为o主平面。 e光主平面：e光和晶体光轴组成的面为e主平面。 主截面(Principal section)：
光轴和晶体表面法线 (Normal line)组成。 光线在一般情况下入射晶体， o光和e光是不同面的。 当入射光线在主截面内时，两面重合。
15.2 光在晶体中的传播
内 容
一、晶体的双折射及相关概念 二、晶体的介电张量
三、单色平面波在晶体中的传播
一、晶体的双折射及相关概念
1.双折射现象
1669年丹麦科学家巴塞林(Bartholin)发现双折射现象
o光
双 双 折 折射 双 折
方解石晶体
e光
1. 双折射现象
光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互 垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射 光，这种现象称为双折射 (Double Refraction)。
4．正负晶体：
Vo Ve时为正晶体(Positive crystal)； Vo Ve时为负晶体(Negative crystal)。
e光
o光 e光 光轴
o光
Optical axis 正晶体：no ne，e光波面（椭球面）在o光波面（球面）之内。 负晶体：no ne，o光波面（球面）在e光波面（椭球面）之内。
n 阶张量： 如果一个物理量由3n个数表示，则称此量为n 阶张量。
晶体不同方向性质不同，这被称为晶体的各向异性 在晶体这种各向异性介质中，不同方向的介电常数 是不 同的，于是：
D = [ ]E
即
Dx xx E x xy E y xz E z D y yx E x yy E y yz E z Dz zx E x zy E y zz E z
13
二、晶体的介电张量
张量(tensor)的基础知识 零阶张量(标量)：如果一个物理量在坐标移动时数值不 变，则称为标量(T, m, …) 一阶张量(矢量)：如果一个物理量由三个数表示，而且在 坐标移动时如同坐标一样变换，则此物理量称为矢量 二阶张量—tensor 如果一个物理量由九个数表示，而且变换关系为 Ti ' aijTj 则称此量为二阶张量。