双折射
双折射原理
双折射原理
双折射原理是指当光线射入具有非正交晶轴的晶体时，将会发生折射现象。
在晶体内部，光线将会分裂为两束光线，传播方向不同，并且具有不同的折射率。
这种现象称为双折射。
双折射是由晶体的非均匀性引起的，晶体的非正交晶轴导致它的结构不均匀，从而导致光线以不同的速度在不同的方向上传播。
根据双折射原理，光线在进入晶体时会被分成两束光线，分别称为普通光和非普通光。
普通光是垂直于晶体轴的光线，它的传播速度和折射率与在无折射时相同。
非普通光是平行于晶体轴的光线，它的传播速度和折射率与普通光不同。
因此，当光线通过晶体时，它们的传播方向和速度会发生改变。
双折射原理在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在光学仪器如显微镜和光学仪表中，双折射原理被用于制造偏光器件，如偏光片和偏光棱镜。
通过利用晶体的双折射性质，可以选择性地分离和控制光线的偏振状态。
此外，双折射原理在材料科学和工程领域也有很多应用。
例如，在材料的应力分析中，通过观察材料中光线的双折射现象，可以判断材料内部的应力分布情况。
双折射原理在光纤通信领域也有应用，例如制造偏光保护器和光纤光栅等。
总之，双折射原理是光学领域的重要原理之一，它描述了光线在晶体中发生双折射现象的规律。
这个原理的应用涉及到光学仪器、材料科学和工程等领域，对于理解和应用光学现象具有重要的意义。
光的双折射现象理论解释与实验探究
光的双折射现象理论解释与实验探究光的双折射是光线在晶体中传播时所表现出的一种非常有趣的现象。
在晶体中，光线被分成两束，分别按照不同速度传播和折射，产生出两束方向不同的光线。
这种现象可以通过理论解释和实验来探究。
首先，理论解释方面，我们需要了解晶体的结构和光的传播机制。
晶体由大量的晶格构成，其中每个晶格都具有相同的结构单元。
光的传播是通过光子在晶格之间进行散射来实现的。
当光传播方向与晶格中的原子或分子排列方向一致时，光子会与晶格产生相互作用，导致光传播速度减慢。
而当光传播方向与晶格排列方向垂直时，光子则不与晶格相互作用，速度维持不变。
基于这个理论，我们可以解释为什么光在经过晶体时会出现双折射现象。
当光线射入晶体时，它会与晶格中的原子或分子相互作用，导致光线被分成两束，其中一束传播速度变慢，另一束传播速度保持不变。
这导致光线的传播方向发生改变，从而使得光线呈现出双折射现象。
为了进一步验证这个理论，我们可以进行实验探究。
实验所需材料包括晶体样品（如方解石）和光源（如激光器或白光源）。
首先，将晶体样品固定在光路上，并确保光线垂直入射到晶体表面。
然后，通过调整光源和观察屏的位置，我们可以观察到晶体中传播出的两束光线。
这两束光线的方向和强度可以用调整观察屏上的位置和观察角度来观察和测量。
实验结果将验证理论解释，并提供更多关于光的双折射现象的信息。
例如，我们可以测量两束光线的入射角和折射角，以确定双折射的程度。
我们还可以调整晶体样品的厚度和方向，观察和比较不同条件下的双折射效应。
除了理论解释和实验探究，光的双折射现象还具有广泛的应用。
例如，在光学仪器和光纤通信中，双折射现象被用于控制和调节光的传播方向和速度。
通过利用晶体的双折射特性，我们可以设计出各种光学器件和系统，提高光学设备和通信网络的性能。
总的来说，光的双折射现象是光传播过程中的一种重要现象，通过理论解释和实验探究可以更好地理解和应用这一现象。
通过深入研究光的双折射现象，我们可以为光学科学和技术的发展提供新的思路和解决方案，推动光学领域的进步和创新。
双折射_实验报告
一、实验目的1. 理解双折射现象，掌握双折射实验的基本原理和操作方法。
2. 学习利用尼科尔棱镜观察双折射现象，观察和分析不同物质的折射率。
3. 理解光的偏振现象，掌握布儒斯特定律。
二、实验原理1. 双折射现象：当一束光线入射到各向异性介质（如晶体）时，光线在介质中传播方向会发生改变，形成两束折射光线，这种现象称为双折射现象。
2. 尼科尔棱镜：尼科尔棱镜是一种特殊的偏振片，其作用是使一束非偏振光分解为两束相互垂直的偏振光。
3. 布儒斯特定律：当一束光线入射到介质表面时，若入射角等于布儒斯特角，则反射光为完全偏振光。
三、实验器材1. 尼科尔棱镜2. 双折射晶体（如方解石）3. 平行光管4. 光具座5. 量角器6. 毛玻璃7. 铅笔8. 记录纸四、实验步骤1. 将平行光管置于光具座上，调整光源，使光束平行。
2. 将双折射晶体放置在平行光管的光路上，调整晶体位置，使光束穿过晶体。
3. 在晶体后面放置尼科尔棱镜，调整尼科尔棱镜，使晶体出射的光束通过棱镜。
4. 观察光束在尼科尔棱镜后面的现象，记录观察结果。
5. 改变入射角，重复步骤4，观察不同入射角下的现象。
6. 记录观察结果，包括光束在尼科尔棱镜后面的现象、入射角、反射光和折射光的情况。
7. 利用布儒斯特定律，计算晶体的折射率。
五、实验数据及结果1. 观察结果：入射角/度尼科尔棱镜后面的现象0 光束穿过晶体后无变化30 光束穿过晶体后变为两束光线45 光束穿过晶体后变为两束相互垂直的光线60 光束穿过晶体后变为两束光线，其中一束光线在晶体内部发生偏振90 光束穿过晶体后变为两束光线，其中一束光线在晶体内部发生偏振2. 计算折射率：根据布儒斯特定律，入射角等于布儒斯特角时，反射光为完全偏振光。
设入射角为θB，折射率为n，则有tanθB = n。
由观察结果可知，当入射角为45度时，光束穿过晶体后变为两束相互垂直的光线，此时入射角等于布儒斯特角。
因此，n = tan45° = 1。
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。
大学物理波动光学章节,布儒斯特定律 双折射现象
e光
e 光的 主平面
Байду номын сангаас
(e 光振动在e 光主平面内)
e 光:
ne
c ( e 光主折射率) ve
光轴
光轴 v o t
v e t
正晶体
vo ve no ne
负晶体
光轴
vo ve no ne
光轴
v o t
v e t
( 过光轴截面 )
( 过光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法(ve>vo) )
1.自然光垂直入射
光轴垂直晶体表面
光轴平行晶体表面
光轴平行入射面
2.自然光斜入射
三. 晶体偏振器
1. 尼科耳棱镜 2. 渥拉斯顿棱镜
(1.5159) no (1.6584) n(1.55) ne
光轴
光轴
(o光振动垂直o 光主平面)
光轴在入射面时,o 光主平面和e 光主平面重合,此时o 光振动和e 光 振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为o 光振 动和e 光振动仍然相互垂直。
5. 正晶体、负晶体 o 光:
no c ( o 光折射率) vo
v o t
·
· o光
o 光的 主平面
§14.13 晶体的双折射现象
一. 双折射现象
1.双折射
方解石
R2 R1
双折射现象
一束光入射
到各向异性的介质后出现 两束折射光线的现象。
s
2. 寻常光和非寻常光
晶体的双折射现象(精)
方解石
光轴
o光
e光
o光
e光
3. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
o光
e光
e光
o光
此时，o, e 光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出 射后，二者产生相位差。
三. 晶体偏振器 1. 尼科耳棱镜 2. 渥拉斯顿棱镜
no (1.658) n(1.55) ne (1.486)
光轴
v o t
v e t
( 平行光轴截面 )
( 平行光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法(ve>vo) )
1. 光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中 B
光轴
A
光轴
B'
方解石
o光 e光
2. 光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中
光轴
o光
负晶体 no ne
加拿大树胶
o光 e光
e光 o光
o光 ie,o e光
e光
e
上述两种棱镜得到的偏振光 质量非常好，但棱镜本身价 格很高，因而使用较少。
o
o光
3. 波晶片 （光轴平行于表面且厚度均匀的晶体） 自然光垂直入射波晶片后， o 光, e 光传播速度不同， 产生的相位不同 。 出射 o 光 e 光的相差为
《双折射现象》课件
通过利用晶体或塑料等材料制造的特殊透镜，可以实现对不同偏振状态
光的分离和操控。
02
光学通信
在光纤通信中，双折射现象可用于实现光的偏振复用，从而提高通信容
量和传输速率。通过在光纤中引入双折射效应，可以实现信号的并行传
输和信号的解调。
03
光学传感
双折射现象还可以应用于光学传感领域，如压力、温度、磁场等物理量
的测量。通过利用双折射现象对光的偏振状态的影响，可以实现对物理
量的敏感测量。
02
双折射现象的物理原理
光的波动性
光的波动性是指光在传播过程中表现出的振动特性。光波是一种横波，具有振动 方向与传播方向垂直的特性。
当光波通过某些介质时，由于介质中分子或原子对光的振动方向产生影响，导致 光波的振动方向发生变化，从而影响光的传播方向。
光的偏振
光的偏振是指光波的振动方向在某一特定平面内。自然光中 ，光波的振动方向是随机的，但在特定条件下，光波的振动 方向可以被限制在某一特定平面内。
偏振光在某些介质中传播时，其传播方向会受到介质中分子 或原子的影响，从而表现出不同的光学性质。
双折射的物理机制
双折射是指当光线通过某些晶体或其它双折射介质时，光波会分裂成两 个偏振方向相互垂直、传播速度不同的光线，这种现象称为双折射。
双折射现象在光学通信和信息处理中有重要的应用，如光子晶体光纤、量子通信等，利用双折射现象可 以实现高速、大容量的信息传输和处理。
双折射现象的研究趋势与展望
探索新型双折射材料
随着科技的发展，新型材料的不断涌现，探索具有更高双折射 系数、更稳定的新型双折射材料是未来的研究趋势之一。
深入研究双折射机制
目前对双折射机制的理解还不够深入，未来需要进一步深 入研究光与物质相互作用机制，揭示双折射现象的本质。
双折射原理
双折射原理
双折射原理是一种物理现象，它指的是一个物质能够把光引导到
另一个由不同物质组成的方向中。
为了便于理解，我们可以把这个物
理现象比喻为由两个加工好的板条组成的镜子，当光照射到它们的表
面时，会在两个板条之间创造出一道折射界限。
于是，光线被分入两
条路线，其中一条的路线会改变，而另一条的路线会跟着改变。
双折射原理也可以被用来描述许多其他物理现象，比如电磁折射，机械折射和漂移折射等。
它也可以被应用到多种设备中，包括望远镜、瞄具、激光系统、光纤接入设备以及检测仪器等。
此外，双折射原理也被用在天文学中，因为它可以帮助天文学家
们更好地理解太空中的运动。
例如，当光照射到天文望远镜的折射镜
面上，它会受到两个方向的折射，而可以帮助天文学家们更好地认识
到太空物体的位置、运动方向以及其他属性。
另外，双折射原理还被用来计算光纤接口的反射率、检测膜层厚
度以及色散效应等。
这样，双折射原理将会对许多实际应用产生重大
影响。
总的来说，双折射原理是一种非常有用且多功能的物理现象。
它
可以帮助天文学家们更好地理解太空中的现象，还可以用来计算光纤
接口的反射率、检测膜层厚度以及色散效应等。
所以，双折射的理论
在实际应用中起到了不可缺少的作用。
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实验证明： O 光和 e 光均为偏振光.AB源自oe DC
oe
11 – 12 双折射
第十一章 光学
产生双折射的原因
寻常光线 在晶体中
各方向上传播速度相同.
光轴
c nΟ vΟ 常量
非常光线 晶体中各
ve
方向上传播速度不同,随
方向改变而改变.
c ne ve
n胶 1.55
11 – 12 双折射
第十一章 光学
尼科耳棱镜可用于起偏和检偏
0 90
11 – 12 双折射
第十一章 光学
三 晶片
y
结构：是光轴平行表面 的晶体薄片。
作用：通过厚为d的晶片，
Ax e o
o、e光产生光程差为
线偏振光
光轴
none d
d
相位差为
2
no ne d
11 – 12 双折射
四 波(晶)片
第十一章 光学
对于某个波长而言，当o、e光通过晶片的光程差 为 的特定倍数时，这样的晶片(有特定厚度)叫波晶 片，简称波片。
(1) 四分之一波片(quarter-wave plate) |no-ne|d = /4， || = /2
(2) 二分之一波片(halfwave plate) |no-ne|d = /2， || =
六 旋光现象
旋光现象 偏振光通过某些物质后，其振动面 将以光的传播方向为轴线转过 一定的角度.
旋光物质 能产生旋光现象的物质.（如石英 晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）
旋光仪 观察偏振光振动面旋转的仪器.
A : 起偏器，
L
B : 检偏器，
Al
B
L : 盛有液体旋光 物质的管子.
11 – 12 双折射
第十一章 光学
ne 为主折射率
O光波阵面
vO
e 光波阵面
11 – 12 双折射
方解石晶体
光轴 在方解石这 类晶体中存在一个特殊 的方向，当光线沿这一 方向传播时不发生双折 射现象 . 称这一方向 为晶体的光轴.
第十一章 光学
102 A 光轴 102 102 78 78 78
B 光轴
11 – 12 双折射
第十一章 光学
主截面 当光在一晶体表面入射时，此表 面的法线与光轴所成的平面.
当入射面是主截面时， O 光的振动垂直
e 主截面； 光的振动平行于主截面.
光轴
109 0
710
光轴
1090
710
e光
o光
11 – 12 双折射
二 尼科耳棱镜
第十一章 光学
90 A 48
68
B
加拿大树胶 D
e光
O光
C
no 1.658 ne 1.486
些不具旋光性的物质产生旋光现象.
VlB
V 叫韦尔代常量
旋光物质的分类
1）右旋物质 面对着光源观察，使光振动面的 旋转为顺时针的旋光物质.（如葡萄糖溶液）
2）左旋物质 面对着光源观察，使光振动面的 旋转为逆时针的旋光物质.（如蔗糖溶液）
设 为偏振光通过旋光物质后振动面所转过
的角度
对于旋光性物质的溶液 l （ 一定 ）
为旋光物质的浓度
L
l 为旋光物质的透光长度
Al
为一与旋光物质有关的
B
常量
对于固体旋光物质 l
为一与旋光物质及入射光的波长有关的有关的常量
11 – 12 双折射
第十一章 光学
磁致旋光效应 外加磁感强度为B 的磁场,使某
11 – 12 双折射
五 圆偏振光和椭圆偏振光
第十一章 光学
在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量按一定频 率旋转(左旋或右旋)、 光矢量的矢端轨迹是圆的称为圆 偏振光；轨迹是椭圆的称椭圆偏振光 。圆、椭圆偏振 光都是完全偏振光
偏振片
P 45
自然光
线偏振光
/4片
圆偏振光
11 – 12 双折射
第十一章 光学
11 – 12 双折射
第十一章 光学
一 双折射的寻常光和非寻常光
折射定律
i
双折射现象
方解石晶体
n
玻璃
sin i n 恒量
sin
波 动动光光学学
11 – 12 双折射
第十一章 光学
光通过双折射晶体
11 – 12 双折射
第十一章 光学
寻常光线（o光）(ordinary rays)
服从折射定律的光线 非常光线（e光）(extraordinray rays)