双折射现象 方解石晶体
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晶体的双折射
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。
第5页，共18页。
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
•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。
所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。
第4页，共18页。
二、o光和e光
自然光
n1 n2 (各向异 性媒质)
i
ie
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。
出o光、e光两种子波。
光轴
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)
························vot
o光只有一个光速vo 一个折射率no
n0
c v0
第14页，共18页。
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
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)
负晶体 (vo < ve )
第16页，共18页。
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。
晶体的双折射现象讲解
正晶体
v0 ve
负晶体
v0 ve
几点说明：
1、以上讨论的是自然光入射情形，双折射总是存在的；
2、若入射的光是线偏振光，当偏振方向垂直入射面，则 在晶体中只能引起o光的次波波面，折射光只有o光；
3、若入射的光是线偏振光，当偏振方向在入射面内，则 在晶体中只能引起e光的次波波面，折射光只有e光；
单轴晶体中的波面——惠更斯假设
e光:
o
no
c
o
e
ne
c
e
n0 ，ne称为晶体的主折射率
正晶体 : ne> no (ve< vo)
负晶体 : ne< no (ve > vo)
光轴 vet
vot 子波源
光轴
vot vet
子波源
正晶体 (vo > ve)
负晶体 (vo < ve )
位相差 作为补偿，目的是使 与入，的总和等于o
或 。
入 附 补 0或
（2、巴俾涅补偿器
由两块光轴互相垂直的楔形石英组成，上楔中o光进入下 楔，变为e光；……
2
[(n0
ne )d1
(ne
n0 )d2 ]
2
(n0
ne )(d1
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光 光
方解石 晶体
1、放玻璃板时看到一个字。
玻璃是各向同性介质。 光射到各向同性介质的表面时它将按折射定 律向某一方向折射，这是一般常见的折射现象。
光通过单轴晶体时的双折射现象ppt课件
3、o光和e光的振动方向 o 光和 e光都是线偏振光，其振动方向如何？
o 光轴
e 光轴
o 光主截面
e 光主截面
用检偏器检验知
o 光的振动垂直 o光的主截面 e 光的振动在 e 光的主截面内
光轴在入射面内时， 两条光线的主截面就是入射面 o光的振动垂直入射面 两光偏振方向垂直 e光的振动在入射面内
4、o光和e光的主折射率（仅讨论单轴晶体） 光轴 o光的主折射率 两个主折射率
注意：在晶体内光轴是一个方向 实验上怎么操作呢？令入射表面垂直光轴，光线沿光轴方向入射，光线在晶体内 部传播不发生双折射。
光轴方向
空气
方解石 不发生双折射
方解石晶体的光轴（方向）
两钝隅连线方向为 光轴方向
101°52′
78°8′
78°8′
三个角度均为 101°52′的顶点 称为钝隅
单轴晶体 单轴晶体（uniaxis crystal） 只有一个光轴方向： 方解石 (冰洲石)、石英（quartz）、红宝石 人工拉制单轴晶体、ADP(磷酸二氢氨)、铌酸锂(LiNiO3） 方解石晶体的演示 双轴晶体（biaxis crystal）
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
方解石晶体实物照 片 纸面
晶体的双折射现象
半波片常用于改变或调整线偏振光的振动方向。
3、补偿器
（1、为什么要使用补偿器？
上述检验椭圆偏振光的实验中，若不用补偿器，必须事
先知道 片的光轴方向，而且在实验过程中，必须使
的光轴精4 确地平行于椭圆的主轴（
2
），这是很难
办到的。为了克服这些困难，比较好的方法是采用补偿
器。因为任何位置的椭圆可认为是由两个互相垂直的振 动光在变位 成相平差面偏振 光2 ，的则情应况另下行合设成法的引。进要可使以这任种意椭变圆更偏的振
位相差 作为补偿，目的是使 与入，的总和等于o
或 。
入 附 补 0或
（2、巴俾涅补偿器
由两块光轴互相垂直的楔形石英组成，上楔中o光进入下 楔，变为e光；……
2
[(n0
ne )d1 (ne Nhomakorabea n0 )d2 ]
2
(n0
ne )(d1
光
纸面
玻璃
光
纸面
玻璃
光
纸面
玻璃
光
纸面
玻璃
光
纸面
光 光
方解石 晶体
纸面
光 光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
光 光
方解石 晶体
纸面
光光
方解石 晶体
纸面
4、当入射线偏振光的振动方向为斜向时，才有双折射； 双折射的两束光的强度按振幅分解来计算；
双折射
注：光轴是一个特定的方向，与这个特定
方向平行的直线都是光轴。
3、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。
4、主平面
晶体中某一光线(o光或e光)与光轴组成的平面。
寻常光(ordinary
ห้องสมุดไป่ตู้
light
O光)：符合折射定律， e光)：违背折射定
折射光线总在入射面内 。 非常光(extraordinary light
原因:o光在晶体内的速度是各向同性的, e光却是各向异性的。 沿光轴方向o 、e速度相同。
o光：子波波面为球面。
e光：子波波面为旋转椭球面。
正晶体
v0 ve
负晶体
v0 ve
负晶体
负晶体
三、晶体的惠更斯作图法
（1）画出平行的入射光束，令两边缘光线与界面的交点 分别为A，B‘。 （2）由先到界面的A点作另一边缘入射线的垂线AB,它便 是入射线的波面。求出B到B’的时间t=BB‘/c，c为真空或 空气中的光速。 （3）以A为中心、vt为半径(v为光在折射媒质中的波速) 在折射媒质内作半圆(实际上是半球面)，这就是另一边缘 入射线到达B’点时由A点发出的次波面。 （4）通过B‘点作上述半圆的切线(实际上为切面，即第一 章2中所说的包络面)，这就是折射线的波面。 （5）从A联结到切点A'的方向便是折射线的方
2、放方解石晶体时看到两个字？
方解石是各向异性晶体，一束光射到各向 异性介质中时，折射光将分为两束。
第一节双折射
一、双折射现象和基本规律。
一束光穿过各向异性晶体时分成两束光的 现象。
1、寻常光和非常光
寻常光(ordinary light 折射光线总在入射面内 。 O光)：符合折射定律，
光通过单轴晶体时的双折射现象
非常光( 非常光 extraordinary light e光): 光 (1) 是振动面平行于自己的主平面的线偏振光 是振动面平行于自己的主平面的线偏振光; (2) 一般不符合折射定律 在垂直于光轴的方向 一般不符合折射定律,在垂直于光轴的方向 传播时符合折射定律. 传播时符合折射定律 (3) 沿不同的方向折射率不同 传播速度不同 沿不同的方向折射率不同, 传播速度不同. 沿光轴的方向折射率和速度与O光相同 沿光轴的方向折射率和速度与 光相同. 光相同 光和e光的主平面相互平行时 两光的振动面互相垂直. 当o光和 光的主平面相互平行时 两光的振动面互相垂直 光和 光的主平面相互平行时,两光的振动面互相垂直 对于e光 沿垂直于光轴的方向的折射率称为主折射率,记为 记为n 对于 光, 沿垂直于光轴的方向的折射率称为主折射率 记为 e.
o
e
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
o e
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
o
e
O
晶体主 截面
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
o
e
O
晶体主 截面
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
方解石晶体实 物照片 纸面 方解石晶体 CaCO3
折射现 双 折射现 象
1、双折射现象 用眼睛观看发光点， 会看到两个像点，透 过方解石晶体，纸面 上的字成了的双字
O光和e光
自然光进入各向异性晶体中，光线怎样传播？
两束折射光
▲ 服从折射定律寻常光线
ordinary ray— O光 extra —e光
晶体的双折射.ppt
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
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。
e 波面
O 波面
正晶体
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)。
片检验，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。
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 n1 n2
(各向异 性媒质)
i
ie
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。
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
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。
e 波面
O 波面
正晶体
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)。
片检验，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。
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 n1 n2
(各向异 性媒质)
i
ie
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。
方解石双折射演示
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
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
方解石 晶体
光 光
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
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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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
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双 折 射
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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
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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
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双 折 射
光 光
方解石 晶体
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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
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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
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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
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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
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双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕oБайду номын сангаас旋转
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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双 折 射
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光 光
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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双 折 射
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光 光
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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e
o
双 折 射
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
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当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕oБайду номын сангаас旋转
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纸面
双
折 光光
射
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
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当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
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双折射现象
o 光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO 3
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双折射现象
自然光
A
B
o.... C
e ..
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自然光
o .... e ..
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当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
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