光的偏振与双折射现象
光学第六章
负晶体取“+” 正晶体取“-”
作用 • 线偏振光入射：振动面旋转
左旋 • 正椭圆或圆偏振光入射：
右旋
（右）
（左）
（左）
（右）
3）全波片 ） 经全波片后， o光和e光的附加光程差：
作用 不改变原来入射光的偏振性质
说明 • 无论是1/4波片，1/2波片还是全波片， 都是针对某一波长而言 • 利用各种波片，可得到需要的偏振光
• 折射起偏 玻璃堆 折射起偏—玻 仪器：玻璃堆 ( P317 图） 作用： 自然光以布氏角入射，经过多次反射与折 射，最终从折射光中得到线偏光
原理 对某一玻璃板，若上表面反射光为线偏光， 则下表面的反射光也为线偏振光。
n2 tgip = n 1
i2 = 90 −ip
o
}
n ⇒tgi2 = ctgip = 1 n2
自然光 圆偏振光 线偏振光 部分偏振光 椭圆偏振光
第二步：利用 波片 波片+偏振片 第二步：利用1/4波片 偏振片 自然光 圆偏光 部分偏光 椭圆偏光
3600
光强不变无消光 光强变有消光 光强变无消光 光强变有消光
3600
说明 • 在区别部分偏光与椭圆偏光时，需先用 一偏振片迎光旋转一周，定出光强最强 或最弱的方向。 • 将1/4波片的光轴对准光强最强或最弱方 向，以保证入射为正椭圆偏振光。
二. 椭圆和圆偏振光的产生 • 两个频率相同振动方向相互垂直且位相 差恒定的振动的合成：
}
2 x 2 Ey
r r r E = Ex + Ey
Ex Ey E cos∆ = sin2 ∆ + 2 −2 ϕ ϕ 2 A A A A x y x y
直线方程( 1,3象限)
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。
大学物理——光的偏振
二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时 不发生双 折射，该方向称为晶体的光轴。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。
双折射现象
c nΟ 常量 vΟ
ve
vO
e 光波阵面
第十五章 光的偏振
5
大学 物理学
15.5 双折射现象
非常光线 晶 体中各方向上传播 速度不同,随方向 改变而改变.
c ne ve
光轴
O光波阵面
ve
vO
ne 为主折射率
第十五章 光的偏振
e 光波阵面
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大学 物理学
15.5 双折射现象
方解石晶体
102 A
第十五章 光的偏振
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大学 物理学
15.5 双折射现象
作业：光的偏振一和光的偏振二
以下题目选做： 光的偏振一：
选择题：7,8 填空题：2，8,；
光的偏振二：全部
第十五章 光的偏振
11
光轴
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.
102
102
78
78 78
B 光轴
第十五章 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的偏振
7
大学 物理学
15.5 双折射现象
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 垂直主截面； e 光的振动平行于主截面.
光轴 光轴
0
e光
o光
8
109
710
109 0
71
0
第十五章 光的偏振
大学 物理学
15.5 双折射现象
三. 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(e>o)
1. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射 · ·
sin i c n0 sin r o o sin i c ne sin r e e
双折射现象及其对光的影响
双折射现象及其对光的影响光作为一种电磁波的形式，具有许多奇妙的性质。
其中一种常见的现象就是光的双折射现象。
在一些特定的晶体中，光在传播过程中会出现两种不同速度的情况，从而使得光线发生折射，并且发生两次折射并沿不同方向传播。
这种现象的重要性不仅体现在科学研究领域，更在实际应用中发挥了巨大的作用。
在描述双折射现象之前，我们先来了解一下折射是什么。
折射是光线在两种介质间传播时速度和方向发生改变的现象。
根据光的波动性质，当光线从一种介质传播到另一种介质时，其传播速度会改变，从而产生折射。
根据斯涅尔定律，光在发生折射时，入射角和折射角之间存在着一个固定的关系。
而双折射现象则是在某些特殊的晶体中发生的，如岭南玉、石英等。
这些晶体具有各向异性，即其光学性质沿不同方向不同。
当光线垂直入射到这些晶体表面上时，会发生两次折射。
一个是按照正常的折射规律发生的普通光线，被称为O光线；另一个是按照不寻常的折射规律发生的异常光线，被称为E光线。
这两束光线在通过晶体后沿不同的方向传播，形成了两个不同的折射光线。
双折射现象对光的影响是多方面的。
首先，在显微镜的应用中，双折射现象可以使得晶体中的结构、性质以及缺陷等细节更加清晰可见。
通过分析样品中双折射现象的特征，可以获取关于晶体特性的重要信息。
这对于材料科学、地质学、生物学等领域的研究具有重要意义。
其次，在光学仪器中，双折射现象可用于制造偏振片和波片等光学元件。
偏振片是一种能够选择性地通过特定方向的光线的器件，其基本原理就是利用了双折射现象。
通过导入合适的晶体材料，可以制造出具有特定偏振方向的偏振片。
而波片则是一种能够改变光线偏振状态的光学器件，同样利用了双折射现象。
这些偏振片和波片在光学通讯、显示技术和光学测量等领域得到广泛应用。
另外，双折射现象还常用于分辨光学器件的特性。
通过观察通过晶体时光线的分离与汇聚现象，可以研究和判断晶体的光学常数、结构和杂质等信息。
这对于晶体材料的制备过程中的质量控制以及研究过程中的结构表征具有重要意义。
《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。
《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）。
双折射的原理有哪些应用
双折射的原理有哪些应用1. 双折射的原理双折射（birefringence）是光线在物质中传播时，由于物质的结构对光的偏振状态产生影响而导致的现象。
在一个双折射物质中，光线可以分为普通光和振动方向特殊的非普通光两个部分。
普通光的传播方向不变，而非普通光则会发生偏折。
双折射的原理主要涉及到晶格结构和材料的光学性质。
晶格结构使得不同方向上的原子排列不同，从而导致不同的光学性质。
而材料的光学性质包括折射率和光的振动方向。
2. 双折射的应用双折射现象在许多领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面。
2.1 光学器件双折射现象可以用于制造各种光学器件，如波片、偏光片等。
这些器件可以根据光的振动方向和传播方向来选择、控制和调整光线的偏振状态，具有重要的应用价值。
2.2 光学显微镜双折射可以用于透射式光学显微镜中的偏光装置，通过改变样品中的折射率和方向，可以观察样品的结构和成分。
例如，在矿物学中，通过观察样品中的双折射现象，可以推断出矿石的成分和晶体结构。
2.3 光通信双折射现象在光通信中也有着重要的应用。
例如，在光纤传输中，光信号被分成两个方向传输，分别对应普通光和非普通光。
通过控制光信号的相位差，可以实现光信号的解复用和多路复用，提高光纤传输的带宽和容量。
2.4 晶体学双折射现象在晶体学中起着关键作用。
通过测量和分析晶体中的双折射现象，可以确定晶体的光学性质和晶体结构。
这对于研究晶体的物理和化学性质以及开发新型材料具有重要意义。
2.5 光学成像双折射现象也被应用于光学成像技术中。
通过利用双折射现象，可以实现偏光图像的构建和增强。
这对于显微镜、相机和摄像机等器材的成像质量提高和图像处理具有重要意义。
3. 总结双折射现象是光在物质中传播时的重要现象，它涉及到晶格结构和材料的光学性质。
双折射现象在许多领域都有着广泛的应用，包括光学器件、光学显微镜、光通信、晶体学和光学成像等。
这些应用不仅丰富了科学研究和工程实践，也对技术和产业的发展起到了重要推动作用。
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光的偏振与双折射现象
光是一种电磁波，可以表现出多种性质，其中偏振和双折射现象是
光学中的重要现象。
本文将介绍光的偏振和双折射现象的原理与应用。
一、偏振现象
偏振是指光波传播过程中，光的振动方向发生了限制或者变化的现象。
光的偏振可以通过偏光片来实现。
偏光片是一种特殊的光学材料，可以选择性地传递特定方向上的光振动，而将其他方向上的振动滤除掉。
常见的偏光片有偏振片和偏振镜。
偏振现象的应用十分广泛。
在摄影领域，使用偏振镜可以有效地减
少光的反射，增强色彩鲜艳度和对比度。
在液晶显示领域，液晶屏通
过对光进行偏振来实现显示效果。
此外，偏振现象也在光通信、材料
研究和光学器件制造等领域得到广泛应用。
二、双折射现象
双折射现象是指光在某些特定材料中传播时，分裂成两个独立的光
线的现象。
这是由于这些材料的晶体结构对于光波的传播方向有特殊
的影响。
双折射现象也称为光的双折射或者倍频效应。
双折射现象最早被发现于石英晶体。
当光通过石英晶体时，会分裂
成一个普通光线和一个额外光线，它们分别遵循普通折射定律和额外
折射定律。
这两条光线有不同的折射率和传播速度，因此会呈现出不
同的传播路径和相位差。
这种现象可以被用来制造光学器件，如偏光
棱镜和波片。
双折射现象在光学领域具有重要应用。
例如，在显微镜中，使用偏光器和波片可以增强对样品内部结构的观察。
在激光技术中，偏折光的双折射可以用来改变激光的传输特性和调节光强。
总结
光的偏振和双折射现象是光学中的重要现象。
它们不仅有基础研究意义，而且在光学器件和技术应用中起到重要作用。
深入了解和掌握光的偏振和双折射现象，将有助于我们更好地理解光的本质和应用。