7.10光学之渥拉斯顿棱镜中的双折射
光的双折射
光的双折射
操作方法：
1.取下大偏振片，打开激光器电源，调节光路使激光束对准双折射
晶体的入射窗口，在屏上可观察到两个光点；
2.旋转双折射晶体，可看到一个光点不动，另一个光点饶着不动的
光点转，即E光绕着O光转；
3.在双折射晶体与屏幕之间插入大偏振片，并适当调整大偏振片的
前后位置，使得E光和O光两个光点都呈现在偏振片上；
4.旋转偏振片可观察到O光和E光交替消失；
5.旋转大偏振片，使E光消失，记下此时偏振片的偏振化方向；再
旋转大偏振片，使O光消失，观察此时偏振片的偏振化方向正好转过90度。
注意事项：
1.大偏振片拿上、拿下时要小心保护，以免掉地摔坏；
原理提示：
一束自然光入射到各向异性媒质上时，
在媒质中有两束折射光出现，称作双折
射现象。
一束遵守折射定律，称寻常光
（O光）；另一束不遵守折射定律，
称非寻常光(E光)。
两束折射光都是线
偏振光，满足一定的条件时其偏振方向
互相垂直。
为了使两束光分得更开，常常做成特殊
的光学器件，如：沃拉斯顿棱镜就是由两
方解石直角棱镜胶合而成
(方解石n0＞ne )
沃拉斯顿棱镜。
双棱镜
BIPRISM INTERFERENCE : 注意事项 ...
1,激光中心一定要通过棱镜脊. 2,读数显微镜鼓轮在运转测量过程中只能一个方 向,不能回转,因为齿纹有空程差. 3,消除视差,使干涉条纹与叉丝在同一个面上. 4,镜片易碎,请小心操作,切勿把物品从一张桌 子移到另一桌子,请配套使用.
BIPRISM INTERFERENCE : 参考资料 ...
BIPRISM INTERFERENCE : 实验方法 ...
贝塞尔法:—原理图
AB为物体;A/B/ 为放大像;A//B// 为缩小像;L为待 测透镜;H为屏幕;D为物体与屏幕间距;△为透镜 两次成像之间的位移.
BIPRISM INTERFERENCE : 实验方法 ...
贝塞尔法:—公式
若物体与屏幕的间距满足:D>4f,且D保持不变,则移动透镜,必能在屏 幕上两次成像,当物距为S1时,得到放大的像,当物距为S2时,得到缩小 的像,根据光线可逆定理得:
d =
d 1d 2
BIPRISM INTERFERENCE : 仪器剖析... 仪器剖析...
光具座: 光具座:
BIPRISM INTERFERENCE : 仪器剖析... 仪器剖析...
调节支架: 调节支架:
三位 弹簧夹
玻璃 镜片
前后 位移架
升降杆
固定 螺钉
左右位 移调节
BIPRISM INTERFERENCE : 仪器剖析... 仪器剖析...
...
算术表达式
因为: 亮条纹位置 暗条纹位置
x x
k / k
= =
D kλ d D 1 (k + )λ d 2
而且:
δ
x
=
光的折射揭示光在光学棱镜中的全反射现象
光的折射揭示光在光学棱镜中的全反射现象折射是光线从一种介质传播到另一种介质时改变传播方向的现象。
而在光学棱镜中，光线的折射现象尤为引人注目，尤其是全反射现象使得光在某些情况下完全发生反射。
本文将探讨光的折射如何揭示光学棱镜中的全反射现象。
一、折射现象及折射定律光线在从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
其具体规律由折射定律描述，即入射光线、折射光线和法线在同一平面上，且入射角和折射角的正弦比等于两种介质的折射率之比。
这一定律可以用数学公式表示为：n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别代表两种介质的折射率，θ₁和θ₂分别代表入射角和折射角。
折射定律的发现为我们理解光在光学棱镜中的行为提供了依据。
二、折射角的变化导致全反射现象光线从一种介质进入另一种折射率较小的介质时，折射角会大于入射角。
当入射角越大时，折射角也越大，直到达到临界角，此时折射光线会沿着介质边界发生全反射。
全反射的产生是因为折射介质无法将光线传导至折射率较小的介质，而使光线完全反射回折射介质。
三、光学棱镜中的折射和全反射现象光学棱镜是一种透明介质通过改变光线的传播方向来分离光的仪器。
当光线经过光学棱镜时，根据入射角和光学棱镜的折射率，光线会发生折射现象。
而当入射角大于临界角时，全反射现象会发生在光学棱镜的边界上。
这意味着光线无法透过光学棱镜，而是被完全反射回原介质中。
四、全反射的应用全反射现象在实际应用中有着广泛的用途。
其中一个例子是光纤通信技术。
光纤通过利用全反射现象来传输光信号。
光线以接近光纤轴的入射角进入光纤中，而光纤的折射率较小，使得光线在光纤内部发生全反射，并沿着光纤传输到目标地点。
这种传输方式具有高速、低损耗和抗干扰的特点，因此在现代通信领域中得到广泛应用。
结论：光的折射现象揭示了光学棱镜中的全反射现象。
通过折射定律的描述，我们理解了光线在不同介质中传播时发生的变化。
当光线遇到入射角大于临界角的情况时，会发生全反射现象，导致光线完全反射回原介质中。
3光在晶体中的双折射
两个线偏 振光全取
舍掉一支
25
尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器 ....
考 思题
摄影用的偏光镜如选择适当角度可消 除或减弱水和玻璃等非金属表面的反光 这是为什么?
27
两块方解石光轴平行放置 双像的距离与一块时比有何变化？ 如果转动其中的一块 将出现什么现象?
28
纸面
双
折 射
光光
6
纸面
双
折 光光
射
7
纸面
双 折
光 光
射
8
2) o 光 e 光的 偏振状态
•均是偏振光 •两者振动方向
近乎垂直
需要进一步解决的问题： 1) e 光在晶体内的传播方向？ 2) o 光 e 光的振动方向 ？ 需要先介绍晶体的基本知识
9
二、晶体的光轴 光线的主平面
1.光轴(方向) 在这个方向上 不发生双折射 称这个特殊方向为晶体的光轴
i
空气 方解石
ro
reo e
23
例3 光轴在入射面内 线偏振光斜入射
1) 入射光振动
n1
入射面
no
2) 入射光振动 o.A.
o
ne
在入射面内
3) 入射光振动
与入射面有一夹角
现象如何？
o.A.
n1
no
e
ne
24
五、晶体偏振器 从普通光源中获得线偏振光的第三种方法 1. 渥拉斯顿棱镜 Wollaston prism 2. 尼克耳棱镜 Nicol prism
注意： •光轴在晶体内 •光轴是一个方向
O.A.
光轴
10
光线在晶体内部沿着光轴方向传播
不发生双折射 实验上怎么操作才能使入射光线 进入晶体后沿光轴方向传播呢？
《双折射偏振棱镜》课件
工作原理
入射光
自然光入射到双折射偏振棱镜上。
双折射
由于两个直角棱镜的折射率不同，入射光 在两个棱镜之间发生双折射现象，分解成 两个偏振方向相互垂直的线偏振光。
反射与透射
出射光
两个线偏振光分别在两个棱镜上反射和透 射，由于棱镜的高反射性和高透光性，使 得两个线偏振光能够完全分离。
两个线偏振光作为出射光从双折射偏振棱 镜中射出。
光学信号处理
信号分离
在光学信号处理中，双折射偏振棱镜用于分离不同偏振状态的光信号，从而实 现多通道信号的解调。
增强信号质量
通过使用双折射偏振棱镜，可以有效地滤除噪声和干扰，提高信号的质量和信 噪比。
光学通信
高速光数据传输
在光纤通信中，双折射偏振棱镜用于实现高速光数据的传输和解调，从而提高通 信系统的数据传输速率和可靠性。
偏振棱镜的性能。
结构设计
优化双折射偏振棱镜的结构设 计，以改善其光学性能和机械 稳定性。
表面处理
对双折射偏振棱镜的表面进行 抛光和镀膜处理，以提高其光 学质量和耐久性。
制造工艺
采用先进的制造工艺，如精密 加工和超精密加工技术，以确 保双折射偏振棱镜的制造精度
和一致性。
05 双折射偏振棱镜的发展趋势与展望
特性
具有高透光性、高反射性、高偏 振度等特点，广泛应用于光学仪 器、激光技术、光通信等领域。
结构与组成
结构
双折射偏振棱镜由两个直角棱镜组成 ，两个棱镜的折射率不同，使得入射 的自然光在两个棱镜之间产生双折射 现象。
组成
主要由石英、方解石等光学材料制成 ，具有稳定的物理和化学性质，能够 保证长期使用过程中性能的稳定性。
并被利用。
偏振度
光学之渥拉斯顿棱镜中的双折射
自然光进入棱 镜之后，垂直 和平行于主平 面的两束光在 两块方解石的 界面上发生折 射，传播方向 分开。 两束光从空气 界面上进一步 发生折射，夹 角又增加，达 到20º ，形成两 束分得很开的 线偏振光。
MATLAB可视化 大学物理学
第七章结束 湖南大学物电院 周群益老师谢谢您的使用!
{范例7.10} 渥拉斯顿棱镜中的双折射
如图所示，渥拉斯顿棱镜是由两块等边的直角方解石粘合起来 的，它们的光轴互相垂直。方解石中o光的折射率为no = 1.658， e光的主折射率为ne = 1.486。当自然光垂直入射时，o光和e光 在棱镜中的光路如何？两束光射出棱镜之后的夹角是多少？ [解析]当自然光进入第一个方解 石时，o光的振动方向垂直于光 轴，e光的振动方向平行于光轴。 虽然两束光的传播方向相同，由 于它们的折射率不同，其波阵面 已经分开，成为两束线偏振光。 在两个方解石的界面上，两束光的入射角 io roe ie
r2
r1
{范例7.10} 渥拉斯顿棱镜中的双折射
no = 1.658，ne = 1.486。 振动方向垂直于纸面的光在第一 块方解石中是o光，在第二块方 解石中是e光，e光的折射角为
ro e arcsin ( ne no sin i ) 5 2 .0 9
o e i
reo io roe ie
r2 r1
在与空气的界面上的入射角为ie = roe – 45º 7.09º = ， 两束光之间的夹角为 折射 r arcsin ( 1 sin i ) 1 0 .6 e θ = r1 + r2 = 20º 。 角为 1 ne 振动方向平行于纸面的光在第一块方解石中是e 光，在第二块方解石中是o光，o光的折射角为 no 折射 r arcsin ( 1 sin i ) 9 .4 3 reo arcsin ( sin i ) 3 9 .3 3 o 角为 2 no ne 在与空气的界面上的入射角为io = 45º reo = 5.67º ，
第七章 光在晶体中的传播
合振动是正椭圆偏振态。
y E0 y
E0 x
右 旋
y E0 y
左 旋
E x E0 x Ex O E Px O E Px
Ay
右旋： / 2
Ay
左旋： / 2
E0 x E0 y E0时，椭圆偏振态退化为圆偏振态。
y
右 旋
左 旋
y
O
E P x
O
E P x
/ 2
6）单轴晶体和双轴晶体 单轴晶体：只有一个光轴方向的晶体， 如冰洲石和石英等。 双轴晶体：具有两个光轴方向的晶体， 如云母、蓝宝石和硫磺等。 7）单轴晶体的波面 （1）v o：o 光沿各个方向的传播速度， e 光沿光轴方向的传播速度。 （2）v e： 光沿垂直光轴方向的传播速度 e （3） ve vo
3）相位差 o光和 e光在晶体中经历的光程：
Lo no d , Le ne d
刚入射时相位相同，刚出射与刚入射 相比的相位落后量分别为：
，
o
2
刚出射时 o光与 e光相比的相位落后量为：
no d ,
e
2
2
ne d
o e
(no ne )d
4）刚出射时的振动表达式 （1）坐标架： （2）振动表达式：
4）平行光斜入射到光轴垂直入射面 的晶体上，求晶体中的折射光线？
作图步骤：
（1）过A点做边缘光线的垂线 AB t BB '/ c ， （2）以A为中心、v e t 和 v t o 为半径做两个圆形波面 ' ' （3）过 B 点做切线，切点分别为 Ao 和 Ae '
' （4）连接 AAo两点，即为 o 光的折射光线
Wollaston棱镜正反向的分束角及分束角的对称性
Wollaston棱镜正反向的分束角及分束角的对称性朱久凯;吴福全;任树锋【摘要】为了了解Wollaston棱镜正反向使用时分束角及分束角的对称性,采用数学运算和实验测试相结合的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了较为理想的数据.由分析可知,Wollaston棱镜正、反向分束角及分束角对称性不同是因为反向入射时第1块棱镜中的o光在第2块棱镜中成为e光波时,其光矢量振动方向和晶体光轴不平行,对应的不再是主折射率所致.结果表明,Wollaston棱镜正向使用时的分束角略大于反向入射时的分束角,且Wollaston棱镜结构角越大,入射波长越短,则正、反向分束角的差值越大.%In order to find out the forward and backward splitting angles of a Wollaston prism and their symmetry, satisfactory data were obtained by combining mathematical calculations and experimental test. Analysis shows that the main reason of the symmetry difference of the splitting angles is that the o light incident on the first prism becomes e light on the second prism and then does not parallel to the optical axis of the crystal, no longer is caused by the principal refractive indices. The results demonstrate that the splitting angles becomes slightly larger when it is used positively than negatively. Moreover, the wavelength gets more and more shorter as long as the angle of the prism' s structure became larger. Besides, the difference value between forward and backward splitting angles will get larger too.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2012(036)005【总页数】3页(P636-638)【关键词】偏振光学;沃拉斯顿棱镜;正向入射;反向入射;分束角;对称性【作者】朱久凯;吴福全;任树锋【作者单位】曲阜师范大学激光研究所山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165;曲阜师范大学激光研究所山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165;曲阜师范大学激光研究所山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165【正文语种】中文【中图分类】O436.3引言随着激光与偏光应用技术的快速发展，由天然晶体冰洲石制作的偏光分束棱镜，由于具有高透过率、高抗光损伤阈值等优良性能，因而得到了广泛的应用[1-3]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
o e i
在与空气的界面上的入射角为ie = roe – 45º = 7.09º， 两束光之间的夹角为 1 折射 = arcsin( sin= 10.6° r ie ) θ = r1 + r2 = 20º。 角为 1 ne 振动方向平的折射角为 1 no 折射 = arcsin( sin= 9.43° r2 io ) = arcsin( sin i ) 39.33° reo = 角为 no ne 在与空气的界面上的入射角为io = 45º - reo = 5.67º，
{范例7.10} 渥拉斯顿棱镜中的双折射
如图所示，渥拉斯顿棱镜是由两块等边的直角方解石粘合起来 的，它们的光轴互相垂直。方解石中o光的折射率为no = 1.658， e光的主折射率为ne = 1.486。当自然光垂直入射时，o光和e光 在棱镜中的光路如何？两束光射出棱镜之后的夹角是多少？ [解析]当自然光进入第一个方解 石时，o光的振动方向垂直于光 轴，e光的振动方向平行于光轴。 虽然两束光的传播方向相同，由 于它们的折射率不同，其波阵面 已经分开，成为两束线偏振光。 在两个方解石的界面上，两束光的入射角都为i = 45º。 r2 r1
o e i
reo io roe ie
{范例7.10} 渥拉斯顿棱镜中的双折射
no = 1.658，ne = 1.486。 振动方向垂直于纸面的光在第一 块方解石中是o光，在第二块方 解石中是e光，e光的折射角为 reo io roe ie r2 r1
ne = arcsin( sin i ) 52.09° roe = no
自然光进入棱 镜之后，垂直 和平行于主平 面的两束光在 两块方解石的 界面上发生折 射，传播方向 分开。 两束光从空气 界面上进一步 发生折射，夹 角又增加，达 到20º，形成两 束分得很开的 线偏振光。
MATLAB可视化 大学物理学
第七章结束 湖南大学物电院 周群益老师谢谢您的使用!