初中物理o光和e光的传播速度不同。
初中八年级(初二)上册物理课件 o光和e光的传播速度不同。
例、方解石晶体是由平行六面体构成的。 六面体每个面都是钝角1020和锐角780的平行四边形，A点和B点是三个钝 角的会合点，A、B顶点称为钝隅。AB线与三条棱边的夹角相等。
方解石晶体的光轴方向就是从它的一个钝隅所作的等分角线方向，即与钝隅 的三条棱成相等角度的那个方向。
o光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。 e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
第二节 晶体的双折射
有些透明媒质，如玻璃、水、肥皂液等，不论光沿哪个方向，传播速度都是 相同的，媒质只有一个折射率，这样的媒质称为光学各向同性媒质
同时还存在另一类媒质，主要是透明晶体物质，如方解石(化学成分是 CaCO3)、石英、云母、硫磺等，光在其中传播时，沿着不同方向有不同的 传播速率，这样的媒质称为光学各向异性媒质。
方
解
石
的
主 截
面
no=1.658, ne=1.486
e
o
四、 晶体的主折射率 正晶体 负晶体
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。
惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的晶体中，子波源会同时发出o光、e光两 种子波。
o光的子波，各方向传播的速度相同为v0，点波源波 面为球面,振动方向始终垂直其主平面。(如图)
102
o
方解石
只有一个光轴的晶体，称为单轴晶体，如方解石、石英、红宝石等。有两个光 轴的晶体称为双轴晶体，如云母、硫磺、蓝宝石等。
氯化钠属于立方晶系的晶体，各向同性，不产生折射 。
在光轴方向上，o光和e光的传播速度相同。 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。
o光的 主平面
《光学原理与应用》之双折射原理及应用
双折射原理及应用双折射（birefringence ）是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。
它们为振动方向互相垂直的线偏振光。
当光射入各向异性晶体（如方解石晶体）后，可以观察到有两束折射光，这种现象称为光的双折射现象。
两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光，通常用o表示，简称o光；另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光，用e表示，简称e光。
晶体内存在着一个特殊方向，光沿这个方向传播时不产生双折射，即o光和e光重合，在该方向o光和e光的折射率相等，光的传播速度相等。
这个特殊的方向称为晶体的光轴。
光轴”不是指一条直线，而是强调其“方向”。
晶体中某条光线与晶体的光轴所组成的平面称为该光线的主平面。
o光的主平面，e光的光振动在e光的主平面内。
如何解释双折射呢？惠更斯有这样的解释。
1寻常光（o光）和非常光（e光）一束光线进入方解石晶体（碳酸钙的天然晶体）后，分裂成两束光能，它们沿不同方向折射，这现象称为双折射，这是由晶体的各向异性造成的。
除立方系晶体（例如岩盐）外，光线进入一般晶体时，都将产生双折射现象。
显然，晶体愈厚，射出的光束分得愈开。
当改变入射角i时，o光恒遵守通常的折射定律，e光不符合折射定律。
2.光轴及主平面。
改变入射光的方向时，我们将发现，在方解石这类晶体内部有一确定的方向，光沿这个方向传播时，寻常光和非常光不再分开，不产生双折现象，这一方向称为晶体的光轴。
天然的方解石晶体，是六面棱体，有八个顶点，其中有两个特殊的顶点A和D,相交于A D两点的棱边之间的夹角，各为102°的钝角.它的光轴方向可以这样来确定，从三个钝角相会合的任一顶点（A或D）引出一条直线，使它和晶体各邻边成等角，这一直线便是光轴方向。
当然，在晶体内任何一条与上述光轴方向平行的直线都是光轴。
晶体中仅具有一个光轴方向的，称为单轴晶体（例如方解石、石英等）。
有些晶体具有两个光轴方向，称为双轴晶体（例如云母、硫磺等）。
光学试卷库
光学试卷库光学期终试卷(九)班级学号姓名成绩一．选择题(每小题2.5分,共25分每小题只有一个正确答案)1.对一个确定的光学系统来说，下面哪个物理量是不确定的Ａ垂轴放大率Ｂ焦距Ｃ光焦度Ｄ主平面2.关于光程下列哪种说法是不正确的Ａ光程表示在媒质中通过真实路径所需时间内，在真空中所能传播的路程。
Ｂ从物点到像点之间的各光线的光程是相等的。
Ｃ光传播不同的光程后，其位相值将不同。
Ｄ在不同的媒质中光传播相同的路径其光程不相等。
3.在劳埃德镜干涉实验中，增大干涉条纹的间距的方法有Ａ增大点光源至平面镜的距离。
Ｂ减小入射光的波长。
Ｃ减小点光源至接收屏的距离。
Ｄ增大入射光的波长。
注：某dD4.窗玻璃也是一块媒质板，但在通常的日光下我们观察不到干涉现象，那是因为Ａ玻璃太厚从两表面反射的光程差太大；Ｂ玻璃两表面的平面度太差；Ｃ因为干涉区域是不定域的；Ｄ以上都不是。
5.为增加蓝天和白云的对比，摄影者常采用橙黄色滤色镜拍摄天空，设照相机镜头和底片的灵敏度将光谱范围限制在390nm到620nm之间，并设太阳光谱在此范围内可以看到的是常数，若滤色镜把波长在5500A以下的光全部吸收，则天空的散射光被它去掉的百分比为Ａ70%B82%C76%D64%6.光栅的色分辨本领Ｒ与角色散Ｄ之间的关系为ＡＲ与Ｄ无关ＢＲ与Ｄ有关，并且Ｒ越大，Ｄ也越大；ＣＲ与Ｄ有关；ＤＲ与Ｄ有关，并且Ｒ越大，Ｄ越小。
７．小圆孔的菲涅尔衍射，用单色点光源作光源，对轴上某点Ｐ来说，当圆孔大小为多大时，Ｐ点光强最强Ａ偶数个半波带Ｂ奇数个半波带；Ｃ一个半波带；Ｄ无穷多个半波带８．右旋椭圆偏振光垂直通过λ／４波片后，其出射光为Ａ右旋椭圆偏振光Ｂ线偏振光Ｃ右旋圆偏振光Ｄ左旋圆偏振光９．再现全息图是利用光的什么原理？Ａ折射Ｂ散射Ｃ干涉Ｄ衍射１０．通过平面平行的双折射晶片观察远处物体时，将看到Ａ二个像Ｂ一个像Ｃ许多个像Ｄ看不到像二．填充题（每小题２分，共２０分）１．波长为600nm的单色光垂直地照射到镀有反射率很高的银膜平板上，平板上放着另一个涂有感光乳胶薄层的透明平板玻璃板，两平面间夹角θ＝２’。
晶体的自然双折射
1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
· ·
光轴
· ·
晶体
e
· o o e · · ·
o光和e光在方向上虽没分开，但速度上是
分开的。产生双折射现象。
2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射
oΔ t e Δ t
· · · · cΔ t · i · · ·
r0 o
sin i c n0 sin r o o
102° A
例如，方解石晶体
光轴 B
光轴是一特殊的方向,凡平 行于此方向的直线均为光轴。
•
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
双轴晶体：有两个光轴的晶体
方解石
方解石的光轴
通过A或B，并 与三个会合钝角的 界面成等角的直线 方向，就是方解石 晶体的光轴方向
（对于严格等棱长的方解
石菱体，即AB连线方向）
与此平行通过晶 体的直线都是光 轴方向，常用 表示
e光折射线也不一定在入射面内。
o光
e光
方解石晶体
折射现象 双 折射现
CaCO 3
纸面
当方解石晶体旋转时，o光不 动，e光围绕o光旋转
纸面
e
o
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
光轴
· · v t · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··
o
光轴 v t o
vet
o光: n0
c
0
e光 :
光信息专业实验报告：光调制与光通信模拟系统实验 (2)
光信息专业实验报告：光调制与光通信模拟系统实验一、实验目的1. 学习电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用。
2. 了解光通信系统的结构。
二、光调制基本原理常用的光调制方式主要有电光调制、声光调制和磁光调制，分别是利用电光效应、声光效应和磁光效应来实现对光的调制的。
1. 电光调制器件工作原理光学介质的电光效应是指，当介质受到外电场作用时，其折射率将随外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，介质的光学特性由原来的各向同性变为各向异性。
目前已发现两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels ）效应，即折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例；另一种是克尔（Kerr ）效应，即折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例。
利用泡克耳斯效应制成的调制器成为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。
利用克尔效应制成的调制器称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。
泡克耳斯盒有纵向调制器和横向调制器两种。
我们实验中使用的是电光晶体为DKDP （磷酸二氘钾）的纵向调制泡克耳斯盒。
不给泡克尔斯盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过起偏器P 后变为振动方向平行于P 光轴的平面偏振光。
通过泡克耳斯盒时，其偏振方向不变，到达检偏器Q 时，因光的振动方向垂直于Q 光轴而被阻挡，所以Q 没有光输出；给泡克耳斯盒加电压时，由于电光效应，盒中介质将具有单轴晶体的光学特性，光轴与电场方向平行。
此时，通过泡克耳斯盒的平面偏振光的振动方向将被改变，从而产生了与Q 光轴方向平行的分量，即Q 有光输出。
Q 输出光的强弱与盒中介质的性质、几何尺寸、外加电压大小有关。
对于结构已确定的泡耳克斯盒来说，若外加电压是周期性变化的，则Q 的光输出也是周期性变化的，由此实现对光的调制。
图1 各个量的方位关系图图1表示的是几个偏振量之间的方位关系，光的传播方向平行于z 轴，M 和N 分别为起偏器P 和检偏器Q 的光轴方向，彼此垂直；α为M 与y 轴的夹角，β为N 与y 轴的夹角，2/πβα=+；外电场使克尔盒中电光介质产生的光轴方向平行于x 轴；o 光垂直于xz 平面，e 光在xz 平面内。
物理 光的双折射
I = I0 cos θ
2
i
玻璃片堆反射
ib
n2
0
ib
n2
ib + r = 90
r
o光沿原来方Βιβλιοθήκη 传播 光沿原来方向传播(ro = 0)
e光不沿原来方向传播 光不沿原来方向传播
re ≠ 0
o
e
③ o光、e光在晶体中具有不同的传播速度 光 光在晶体中具有不同的传播速度
c o光： vo = 光 no c e光：ve = 光 ne
④
no常数 , v o常数
说明： 光的传播速度在各个方向是相同的 说明：o光的传播速度在各个方向是相同的
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕 光旋转 光不动， 光围绕o光旋转 光不动 光围绕
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕 光旋转 光不动， 光围绕o光旋转 光不动 光围绕
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
② 在入射角
i = 0时
双 折
1.双折射现象 双折射现象 (1) o光、e光特征 光 光特征
i
射 现 象
① O光: 始终在入射面内 光 始终在入射面内, 并遵守折射定律。 并遵守折射定律。
re
方解石 晶体
各向异性
ro e o
sin i = n0 sin r0
寻常光 非常光
n0为常数
注意：寻常、非 注意 寻常、
常指光在折射时 是否遵守折射定 律，o光、e光也 光 光也 只在晶体内部才 有意义。 有意义。
晶体的光轴与晶体表面 法线所构成的平面。 法线所构成的平面。
波片
差异会使两种光叠加所产生的光束相位发生变化。当一束偏振光入射，其最终的相位差根据公式α=2πd (ne-no)/λ来确定，其中 λ
为入射光 波长。在给定波长的情况下，最后的相位延迟量是由波片的厚度决定的。
波片的类型按结构分
波片按结构来分，有多级波片（multiple-order wave plate），胶合零级波片或称复合波片（compound zero-order wave plate）及真零级波片（true zero-order）。 真零级波片，延迟量的波长敏感度低，温度稳定性高，接受有效角度大，性能大大优于其他两种波片。但真零级波片往往非常的薄，以石英为例，其在可见光部分双折射系数约为~0.0092。一个550nm为中心波长的真零级四分之一石英波片其厚度只有15um。如此薄的波片在制造和使用上都会遇到不少困难。 多级波片的厚度等于多个全波厚度（n×waves）加一个所需延迟量厚度。多级波片相对比较容易制造，缺点是其对波长，温度，入射角均很敏感。 胶合零级波片（复合波片）是将两个多级波片胶合在一起。通过将一个波片的快轴和另一个波片的慢轴对准以消除全波光程差，仅留下所需的光程差。胶合波片可以在一定程度上改善温度对波片的影响，但另一个结果是其增加了波片延迟量对入射角度及波长的敏感性。
波片 能使互相垂直的两光振动间产生附加光程差 （ 或相位差）的光学器件。通常由具有精确厚度的石英、方解石或云 母等双折射晶片做成，其光轴与晶片表面平行。以线偏振光垂直入射到晶片，其振动方向与晶片光轴夹 θ 角（ θ≠0、 ），入射的光振动分解成垂直于光轴（o 振 动）和平行于光轴（e振动）两个分量，它们对应晶片中的 o光和e光（见双折射）。
波片 晶片中的o光和e光沿同一方向传播，但传播速度不同(折射率不同) ，穿出晶片后两种光间产生 (n0－ ne)d光程差（见光程），d为晶片厚度，n0和ne为o光和e光的折射率，两垂直振动间的相位差为Δj=2π（n0－ne） d/λ。 两振动一般合成为椭圆偏振（见光的偏振）。Δj=kπ（k为整数）时合成为线偏振光 ；Δj=（2k+1）π/2，且θ=45°时合成为圆偏振光 。凡能使o光和 e光产生λ/4附加光程差的波片称为四分之一波片。若以线偏振光入射到四分之一波片，且θ=45°，则穿出波片的光为圆偏振光；反之，圆偏振光通过四分之一波片后变为线偏振光。凡能使o光和e光产生λ /2附加光程差的波片称为二分之一波片 。线偏振光穿过二分之一波片后仍为线偏振光，只是一般情况下振动方向要转过一角度。光程差可任意调节的波片称补偿器，补偿器常与起偏器结合使用以检验光的偏振状态。
声光效应与光拍法测光的速度
声摘要：本实验通过利用声光效应原理及驻波法产生声光频移，利用光拍法测量光速，同时观察了超声波的频率、声光晶体的转角对衍射现象的影响。
在本实验中在超声波频率为Ω=75.055MHz 下侧得的光速大小为c=3.117*10^8m/s关键词：声光效应、频移、双光速相位比较法、光拍频波、驻波法一、 引言光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测量和特性研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。
由于光速的数值很大，光波的波长很小，其测量面临着一系列问题。
直到1960年出现激光后，用激光得到现在认为最精确光速值c=(299 792 458±1)m/s 。
声光效应在光信号处理和集成光通讯方面有重要应用。
本实验利用声光效应可以产生光拍频波，最后通过对光拍频波光强信号的检测可以间接地测得光速。
二、 实验原理2.1 光拍频波根据波的叠加原理,两束传播方向相同,频率相差很小的简谐波相叠加即形成拍。
对于振幅都为E0，圆频率分别为ω1和ω2，且沿相同方向（假设为沿x 方向)传播的两束单色光1011cos[(-)]x E E t c ωφ=+ 2022cos[(-)]xE E t c ωφ=+它们的叠加为：121212121202cos[()()]cos[()()]2222x xE E E E t t c c ωωϕϕωωϕϕ--++=+=-+⨯-+当ω1＞ω2,且Δω=ω1-ω2较小时，合成光波是带有低频调制的高频波，振幅为121202cos[(-)()]22xE t c ωωϕϕ--+，角频率为122ωω+，振幅以122f ωωπ-∆=频率周期性地缓慢地变化。
（如图1）图1 拍的形成 图2、Ic 在某个时刻的空间分布2.2 拍频信号的检测在实验中我们用光电检测器接受光信号，光电检测器所产生的光电流与接受到的光强成正比： 2I gE =……………………………………………………公式 1式中g 为光电转换系数。
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光轴
························vot
o光只有一个光速vo 一个折射率no
c n0 v0
e光的子波,各方向传播的速度不同。
e光在平行光轴方向上的速度与o光
的速度相同为v0
e光在垂直光轴方向上的速度与o光
的速度相差最大，记为ve，其相应的折 射率为ne.
光轴 vot
vet
点波源波面为旋转椭球面,振动 方向始终在其主平面内.（如图）
c
ne ve
n0 ，ne称为晶体的主折射率
正晶体 : ne> no (e< o)
如石英、冰等。
负晶体 : ne< no (e>o) 如方解石、红宝石等。
光轴 vet
vot 子波源
光轴
vot vet
子波源
正晶体 (vo > ve)
第二节 晶体的双折射
有些透明媒质，如玻璃、水、肥皂液等，不论光沿哪个方向，传播速度都是相 同的，媒质只有一个折射率，这样的媒质称为光学各向同性媒质
同时还存在另一类媒质，主要是透明晶体物质，如方解石(化学成分是 CaCO3)、石英、云母、硫磺等，光在其中传播时，沿着不同方向有不同的 传播速率，这样的媒质称为光学各向异性媒质。
光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现。
一.双折射现象 光线进入光学各向异性媒质(如方解石)后产生两条折射光线的现象，称为双折
射现象。
天然的方解石晶体是双折 射晶体
B A
o 光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO 3
纸面
方解石
晶体中的双折射现象
e
e
··· o ···
o
以入射线为轴转方解石，光点o不动，e 绕o转，用偏振片检验，二者都是偏振 光，且偏振方向互相垂直。
负晶体 (vo < ve )
在晶体中o光和e光以不同的速率传播。o光的速率在各个方向上是相同 的，所以在晶体中任意一点所引起的子波波面是一球面。e光的速率在各个方 向上是不同的，在晶体中任一点所引起的子波波面可以证明是旋转椭球面。
两束光只有在沿光轴方向上传播时，它们的速率才是相等的，其子波 波面在光轴上相切；在垂直于光轴方向上两束光的速率相差最大。
正晶体
e 波面
O 波面
负晶体
小结
o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为球面。 e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面为旋转椭球面。
o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波面在光轴方向相切；实验表明， 在垂直于光轴的方向上速度相差最大。
对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上, o<e , no>ne ,故e光的 子波面(旋转椭球面)应包围o光的子波面(球面)。
所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。
二、o光和e光
自然光
i
n1
n2 (各向异
ie
性媒质) io
e光 o光
一条遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr)，折射光线在入射面内，这条光线 称为寻常光线(ordinary rays)，简称o光。
另一条光线不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面内，这条光线称为非 常光线(extraordinary rays)，简称e光。
102
o
方解石
只有一个光轴的晶体，称为单轴晶体，如方解石、石英、红宝石等。有两个光 轴的晶体称为双轴晶体，如云母、硫磺、蓝宝石等。
氯化钠属于立方晶系的晶体，各向同性，不产生折射 。
在光轴方向上，o光和e光的传播速度相同。 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。
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。
（2）主平面 某光线的传播方向和光轴方向所组成的平面叫做该光线的主平面。
o光有o光的主平面，e光有e光的主平面 o光、e光的主平面可能重合， 也可能不重合
产生双折射的原因: o光和e光的传播速度不同。
o光在晶体中各个方向的传播速度相同，因而折射率no=c/o=恒量。 e光在晶体中的传播速度e随方向变化，因而折射率ne=c/e是变量，随方向变 化。 由于o光和e光的折射率不同，故产生双折射。
三、光轴 主截面 主平面
（1）光轴 实验发现，在晶体内部存在着某些特殊的方向，光沿着这些特殊方向传播时，不发 生双折射现象，这个特殊方向称为光轴。 应该注意，光轴仅标志一定的方向，并不限于某一特殊的直线。
例、方解石晶体是由平行六面体构成的。 六面体每个面都是钝角1020和锐角780的平行四边形，A点和B点是三个钝 角的会合点，A、B顶点称为钝隅。AB线与三条棱边的夹角相等。
方解石晶体的光轴方向就是从它的一个钝隅所作的等分角线方向，即与钝隅 的三条棱成相等角度的那个方向。
o光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。 e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
方
解
石
的
主 截
面
no=1.658, ne=1.486
e
o
四、 晶体的主折射率 正晶体 负晶体
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。
惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的晶体中，子波源会同时发出o光、e光两
种子波。
o光的子波，各方向传播的速度相同为v0，点波源波 面为球面,振动方向始终垂直其主平面。(如图)
o光的 主平面
·
·
· ·
e光的 主平面
光轴
o光
光轴
e光
o光和e光都是线偏振光，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。例如，方解石的主截面 是一平行四边形。
当光线在晶体的主截面内入射时, 主截面、o光和e光的主平面均重合。