9双折射偏振棱镜yy

2. 负晶体 c no , vo
c ne , ve
o波面：
球面波
e波面：
椭球面波
no> ne
负晶体如：方解石( no 1.658, ne 1.468)、红宝石
3. 主平面
晶体内任一光线和光轴所决定的平面为此光 线的主平面。
o 光、e 光都有各自的主平面。 ①由光轴和o光组成的平 面为o光主平面，o光振 动垂直于它的主平面。
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
继续旋转方解石晶体：
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
二. 寻常光、非常光
e光
o光
1.寻常光 -- o光
① 服从折射定律
n1 sini n2 sinro
②沿各方向的光的传播速度相同， 各向折射率 no 相同，为线偏振光。
2.非常光 -- e光
①不服从折射定律（折射光线一般不在入射面内）。
I0
P1
2
I1
q
I2
P2
1 2 I 2 I1 cos q I 0 cos q 2
三. 布儒斯特定律
n2 tgi0 n1
i0 r0 / 2
i0 i0
r0
n1 n2
四. 双折射
e光
1. o光
① 服从折射定律； ②沿各方向的光的no、vo相同，振动方向 垂直于主平面。
o光
2. e光
sini const. sinre
②沿各方向的光的传播速度不相同，各向折射率 ne 不相同，也为线偏振光。
e光
o光
3.光轴
光轴： 晶体内的一个特殊方向。
①当自然光沿光轴方向入射时，o光、e光将沿相同方 向以相同速度传播，折射率相等，无双折射现象。
②当自然光垂直光轴 方向入射时，o光、e 光传播速度vo、ve相 差最大，折射率no、 ne相差最大， o光、e 光偏离最大。
1 2 I 0 cos a . (A) 2 1 2 (C) I 0 sin (2α ). 4
(B) 0.
C
1 2 (D) I 0 sin α. 4
(E) I 0 cos4 a.
4.一束自然光自空气射向 一块平板玻璃(如图)，设 入射角等于布儒斯特角i0， 则在界面 2 的反射光 （A）光强为零；
i0
光在晶体中 的双折射
一. 双折射现象
当一束自然光穿过双折射晶体（各向异性介质） 时，会产生两束折射光，这种现象称双折射现象。 如天然的方解石晶体就是双折射晶体 光在各向异性介质中传播时，光速与光的传播方 向及偏振状态有关。 两束折射光是光矢量振动方向不同的线偏振光。
例如：白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸 上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个 黑点不动，另一个黑点旋转。
① 不服从折射定律； ②沿各方向的光的ne、ve不相同，振动方 向平行于主平面。
1.三个偏振片 P1、P2与P3 堆叠在一起， P1 与 P3 的偏振化方向相互垂直，P2 与 P1 的片振化方向间的夹角为 30 。强度 为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1，并 依次透过偏振片 P1、P2 与 P3，若不考虑 偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片 后的光强为： （A） I 0 / 4; （C） 3 I 0 / 32; （B） 3 I 0 / 8;
A
D
q
B
光轴
A
D
q
光轴
e光
C
C
B
C o光
五.偏振棱镜
1. 尼克尔棱镜
单一的方解石晶体产生的o、e偏振光靠得很近， 尼克尔棱镜可使两束光分得较开。 由两块经过特殊加 工的方解石棱镜用加 拿大胶粘合起来。
n 1.55 no 1.658
ne 1.486
光轴
n 1.55 no 1.658
// e光主平面
v o t
vet 光轴
e光
71
o光
方解石
四.惠更斯原理作图确定o 光、e 光传播方向
(1)
C
A
O
B
光轴
E
e光
o光
负晶体：vo< ve
(2)
C
A
O
B
光轴
E
o光
e光
负晶体：vo< ve
(3)
光轴
o光
e光
自然光垂直入射，光轴平行晶体表面，产 生双折射。 o 光、e 光方向不变，速度不 同，光振动方向垂直。
②泡克尔斯效应(1893年)
单轴晶体在外电场作用下变为双轴晶体的现象。
P1 K K P2
·电光晶体 ·
泡克尔斯盒
+ 。。
• 不加电场→ P2 无透射光 • 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方向附
加了双折射效应→ P2 有透射光。
本章小结
一. 光的偏振态 1.自然光 2.线偏振光
3.部分偏振光
二. 马吕斯定律
双折射会映射出双像： 方解石晶体 CaCO3 纸面
折射现象 双 折射现
e光的像
纸面
双 折 射
光 光
o光的像
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，一个像不动，另一个像围 绕第一个像旋转。
继续旋转方解石晶体：
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
继续旋转方解石晶体：
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
继续旋转方解石晶体：
E0 O光主平面
o光 : 光轴 · · v t · · · · · ·· o · · · · · · · · · · ·· · · ·
②由光轴和e光组成的平面为e Ee 光主平面，e光振动平行于它 e光: 的主平面。 ③只有光轴在入射面内时， o 光、e 光主平面重合，和 入射面也重合，且 o 光、e 光振动相互垂直。 光轴
C
（D） I 0 / 16.
2.自然光以 60 的入射角照射到某一透明 介质表面时，反射光为线偏振光，则知：
（A）折射光为线偏振光 30 ； （B）折射光为部分偏振光，折射角为30 ； （C）折射光为线偏振光，折射角不能确定； （D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；
B
3.使一光强为 I0 的平面偏振光先后通过两 个偏振片 P1 和 P2 . P1 和 P2 的偏振化方向 与原入射光光矢量振动方向的夹角是a 和 90 ，则通过这两个偏振片后的光强 I是:
•单轴晶体：
具有一个光轴的晶体
方解石、石英等 •双轴晶体：
具有两个光轴的晶体
云母、硫黄等。
云母
方解石
石英
三. 正晶体、负晶体
1.正晶体
c no , vo c ne , ve
o波面：
球面波
e波面：
椭球面波
no< ne
no ，ne 称为晶 体的主折射率
正晶体如：石英(no 1.544, ne 1.553)、冰
3. 格兰· 汤姆逊棱镜
由一块高折射率玻璃棱镜和一块方解石棱镜胶合而成。
n 1.655 no 1.658 ne 1.486
自然光入射玻璃棱镜到达胶合剂与方解石分界面时，其垂直 分量（点）在方解石中为 o 光，由于n≈n0 ，o光可以进入方解 石（方向几乎不变），出射后成为线偏振光。而自然光中的平 行分量（短线）在方解石中为 e 光，因为n > ne ，所以当入射 角大于临界角时，e光全反射，不能进入方解石。 格兰· 汤姆逊棱镜对水平线上下 10˚以内的入射光适用。
ne 1.486
90 48 68
o光
e光
加拿大胶
对于o光
no n 产生全反射，不能透过。
对于e光
ne n 可以透过，则获得偏振光。
尼克尔棱镜比较贵。多用于高级光学实验。
2. 渥拉斯顿棱镜
将两块等腰直角方解石 光轴相互垂直粘合起来。 ne=1.486
D C
no=1.6，o光、e 光传播方向相同，vo<ve。o光的振动方向垂直 于主平面（屏幕），e光的振动方向平行于主 平面（屏幕）。
1 2
（B）是完全偏振光且光矢量的振动方向 垂直于入射面；
（C）是完全偏振光且光矢量的振动方 向平行于入射面； （D）是部分偏振光。
B
负晶体 ve>vo ne<no
(1)
e光
e光
(2)
光轴
e光
o光
光轴
o光
o光
o光 e光
ie io , re ro
ie io , re ro
(4)光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射
· ·
光 轴
· ·
晶体
· · ·
o
· · ·
e o e
以入射光为轴转动晶体时， o光不动，e光绕轴旋转。
注意： 此时e光的波面不再 与其波射线垂直了。
(5)
自然光垂直入射，光轴垂直晶体表面， 不产生双折射。
例. ABCD 为一块方解石的一个截面,光轴方向在屏幕面内且 与AB 成一锐角q ,如图所示.一束平行的单色自然光垂直于 AB 端面入射.在方解石内折射分解为 o 光和 e 光, o 光和 e 光的 (A) 传播方向相同,光矢量的振动方向互相垂直. (B) 传播方向相同,光矢量的振动方向不互相垂直. (C) 传播方向不相同,光矢量的振动方向互相垂直. (D) 传播方向不相同,光矢量的振动方向不互相垂直.
六.偏振光的获得
1.利用晶体的二向色性—偏振片
晶体对互相垂直的两个光振动有选择地吸收。 例如：电气石吸收o光的性能强。 2.利用布儒斯特定律—玻璃堆 以布儒斯特角i0入射时，反射光是线偏振 光，光振动方向垂直于入射面。 玻璃堆的透射光也是线偏振光，光振动方 向在入射面内。