第五章 光的双折射

知识点回顾利用晶体的双折射可得到线偏振光分界面的反射和折射物质的二向色性象折射现双折射现方解石晶体CaCO3纸面5.3光通过单轴晶体时的双折射现象1、双折射现象：一束光进入各向同性的介质（如液体、塑料、玻璃等）时，只产生一束折射光。但一束光进入各向异性晶体（如云母、石英、方解石等）时，可产生两束折射光，称为双折射现象。一、双折射现象5.3光通过单轴晶体时的双折射现象5.3光通过单轴晶体时的双折射现象一、双折射现象2.寻常（o）光和非寻常（e）光in1n2rore(各向异性介质)自然光o光e光o光：遵从折射定律orninsinsin21o光折射线在入射面内。{e光：一般不遵从折射定律e光折射线也不一定在入射面内。.constsinsineri{演示eo···方解石oe···以入射方向为轴旋转方解石二、光轴和主截面特定的方向，晶体中光沿这个方向传播时，不发生双折射现象。例如，方解石晶体（冰洲石）由钝隅引出的与三个棱边成等角的方向就是光轴。AB102°78°沿此方向的直线均为光轴。1.光轴光轴单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石、石英。双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云毋、硫磺、黄玉。{2.主截面晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面o光光轴o光的主截面····e光光轴e光的主截面叫该光线的主截面。一般，o光与e光的主截面不重合。晶体双折射如果光轴在入射面内，两主截面重合o光的振动方向垂直于o光的主截面e光的振动方向平行于e光的主截面检偏结果：o光、e光都是线偏振光。···光轴··e方解石·oI如果光轴在入射面内，两主截面重合，o光与e光的振动方向相互垂直。注：若两截面夹角很小，常常将o光与e光的振动方向看作近似垂直。三、o光与e光的相对光强1.自然光入射···光轴··e方解石·oI2,222IAIAeo2IIIeo考虑垂直入射的特殊情况（光轴在入射面内）cossinAAAAeo22222tancossinIIAAIIeoeo2.线偏振光入射AeAo（底面投影图）α:入射线偏振光的振动方向与光在晶体内的主截面的夹角。Ieo晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面eo晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面eo晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化OO’入射光振动面晶体主截面o晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化eOO’入射光振动面晶体主截面o晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化eOO’入射光振动面晶体主截面讨论：当晶体绕入射光方向旋转时，两束光的相对光强不断变化900II00eI00IIIeo光强度最大e光完全消失o光完全消失e光强度最大2222cossinIIAAIIeoeo扩大入射光束使两束光相互重叠oeIIIIeo)cos(sin22无论晶体怎样转动，重叠部分光强度不变ooncv波阵面为球面——o光沿任何方向传播速度相同5.4光在晶体中的波面光轴方向o光的波面eencv沿不同方向传播速度不相同波阵面为旋转椭球面——e光ooncvv光沿光轴传播光垂直光轴传播光在单轴晶体中传播时，沿着光轴方向传播的光，速度都相同，不发生双折射。oevvve光的波面o光:沿着一切方向传播的速度都相同。在晶体中的波面是球面。e光:在不同方向有不同的传播速度。在晶体中的波面是旋转椭球面。沿光轴方向传播,速度与o光相同。垂直于光轴方向传播,速度与o光相差最大。o光和e光的波面ooncvooncvveencvvove正晶体光轴正晶体：none，vove（如石英）旋转椭球面在球面之内,旋转椭球面的长轴等于球面的直径。在光轴方向：两波面相切；垂直于光轴方向：两波光速相差最大。o光光速e光光速：ve,vo,为垂直于光轴的波速。常数ooncveencvvove光轴负晶体负晶体：none，vove（如方解石、电气石等）旋转椭球面在球面之外旋转椭球面的短轴等于球面的直径。在光轴方向：两波面相切；垂直于光轴方向：两波光速相差最大。o光光速e光光速：ve,vo,为垂直于光轴的波速。常数ooncveencv例强度为I的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到另一块完全相同的晶体上。两块晶体的主截面之间的夹角为，试求当等于30°时，最后透射出来的光束的相对强度（不考虑反射、吸收等损失）。解：经第一块晶体后：/2eoIII经第二块晶体后30222231cos30,sin30,282813sin30,cos30,2828oooeeoeeIIIIIIIIIIII相对强度为:::3:1:1:3oooeeoeeIIIIz1z2z1z20IeIeeIeoIooIoeIeIoeIeoIeeIoIooI5.４.２光在晶体中的传播方向正晶体负晶体vevo石英方解石{一、单轴晶体内o光和e光的传播方向:负晶体为例1.以i角入射到晶体，光轴在入射面内r0晶体i····voΔtveΔtcΔtoooncirvsinsinA····BDeore光轴vove2.光轴垂直于晶体表面，正入射3.光轴平行于晶体表面，正入射······光轴晶体·ee······光轴晶体··oo···不发生双折射发生双折射4.光轴平行于晶体表面,垂直入射面，正入射光轴•••ee··晶体··••••oo发生双折射注意e、o的振动方向二、单轴晶体的主折射率eeoovcnvcno光主折射率e光主折射率~~~~~~~~特殊情况下，光轴垂直于入射面时，有eeini21sinsin5.光轴平行于晶体表面，并垂直于入射面，平行光以入射角i1射到晶体表面。惠更斯作图法画出入射自然光在方解石（负晶体）中的双折射，标明o光、e光及振动方向。棱镜由方解石（负晶体）制成。画出出射光的折射方向和振动方向。o光e光石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）第五章结束