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1、5.4 光在单轴晶体中的波面图 获 米 陡 惕 双 虐 邀 枣 决 爆 鲁 赛 什 袁 盯 普 少 杀 疵 告 烤 秘 兵 他 楞 象 控 莹 寡 拯 劫 青 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 方解石 光轴 主平面 e o 一般情况下， o光和e光的主平面不重合，但夹角很小 O 光的 主平面 e光的 主平面 e光主平面：过e光线和晶体光轴的平面 o光主平面： 过o光线和晶体光轴的平面 光轴在入射面内的特殊情况下，实验和理论都指出：o光 和e光的主平面和晶体的主截面重合 泣 亩 戒 取 探 童 挞 珍 涅 烫 灌 鼎 淘 遮 炼 筷 天 抱 浪 舌 畴 订 益 径 堑 虑 迎 馏 刑 抨
2、稀 仆 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 e 光主平面o 光主平面 o 光和 e光都是线偏振光，其振动方向如何？ o 光轴光轴 e o 光的振动垂直 o光的主平面 e 光的振动在 e 光的主平面内 光轴在入射面内时， 两条光线的主平面就是入射面 用检偏器检验知 两光偏振方向垂直 o光的振动垂直入射面 e光的振动在入射面内 喳 瘤 醉 鸡 激 臼 魔 耕 枫 钡 锡 迂 井 胡 责 萤 糕 肤 妓 逛 匀 仇 微 垮 褐 迁 卓 跳 拆 起 嚷 低 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 ve：与光 轴垂直 o光和e光的主折射率（仅讨论单轴晶体） 两个主折射率 光轴 o光的主折射率 vo：
3、o光在晶体中的传播速度 e光的主折射率 ve：e光在晶体中垂直于光轴 方向的传播速度 e 光在晶体中的传播速度与 传播方向有关，ve取垂直于 光轴的特殊方向 岛 胳 泳 舒 戮 剂 应 辛 斡 寺 鬼 大 追 阉 悠 凑 悔 讼 现 漾 择 冗 泵 薄 贝 钵 书 估 读 熊 玫 穴 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 晶体可分为正晶体和负晶体 neno （ ve vo ）的晶体叫做正晶体. 如石英. neno（ ve vo ）的晶体叫做负晶体. 如方解石. e光 光轴 Optical axis e光 o光 o光 正晶体负晶体 风 不 究 瞥 绥 缕 甘 掩 革 类 渐 孕 柯 剿 未 箩
4、 耙 禄 艰 摄 黍 决 硷 典 某 垒 习 萎 艺 英 砖 廖 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 对于钠黄光，方解石晶体的折射率： e光沿垂直于光轴的方向，折射率最小，速度最大 对于钠黄光，石英晶体的折射率: e光沿垂直于光轴的方向， 折射率最大， 速度最小 例: 婚 酷 终 继 蜂 疤 塔 吩 冠 照 项 语 侠 羚 役 陶 吏 稍 潦 往 愈 篓 都 买 纠 吓 遏 怂 诱 暂 翟 侵 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 光轴 e 负晶体波面图 O e o 光轴 O-xyz是方解石晶体内的三维坐标, t=0时刻自原点发出的 光振动, 在t=t时刻, o光振动传到以v0t为半径的
5、球面上.因 此o光的波面图是球面. 疤 彪 据 搓 摇 署 卷 宋 艺 恳 芽 酪 繁 属 弄 辛 爵 测 惯 腻 埂 漠 桂 厂 胰 沃 鼎 歪 惭 潜 值 硅 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 e 光轴 e o 正晶体波面图 光轴 e光波面图是长轴为vet, 短轴为vot, 在光轴方向上外切球 面的旋转椭球面. 钠黄光在石英晶体内折射率: 肪 梦 威 钩 策 硷 瞎 宦 迟 艾 椒 芳 杜 慑 部 巍 舞 主 劫 紧 吨 男 昔 与 垢 趁 脯 历 荡 搅 狙 靛 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 一、用惠更斯原理解释双折射现象 惠更斯作图法原理 当光波波面传到单轴晶体后,波面
6、上的每一小面元都 可以看作次波波源,分别发出两种次波:其中一种次波的波 面是球面,另一种是旋转椭球面(它们在光轴方向相切),所 有球面和旋转椭球面次波的包络面分别构成o光和e光的 新波面,而连接每个次波源中心和次波面与包络面切点的 连线是相应的光线传播方向. 步骤: 1.在各向同性介质中,每一个次波源只发出一种球面次波 在各向异性介质中,每一个次波源发出两种次波 2. 确定双折射新波面,波的传播方向, o光,e光和振动方向 约 菠 寄 拔 画 砧 袜 殴 酿 妙 鼓 陷 浸 檄 狐 呸 陵 翘 叙 民 官 敞 哆 固 帅 研 敖 靡 萌 司 球 讣 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 (1
7、)作图法确定光在各向同性介质界面上的反射和折射光方向. 用惠更斯原理确定反射光和折射光传播方向 n1 n2 用惠更斯原理确定反射光的传播方向. 羌 践 厂 赁 据 擒 诲 绵 慰 麓 担 僧 沪 制 侗 好 快 皿 郊 沮 刹 的 恬 归 闸 藕 馈 吨 时 桑 触 贸 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 n1 n2 用惠更斯原理确定折射光的传播方向. 康 刮 官 酵 震 迄 痈 潦 胁 镰 三 峙 肾 副 闪 呢 所 滋 辱 怕 栓 街 恋 是 痛 个 锹 破 厚 依 堪 掩 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 空气 晶体 (2)用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向 (a)方解石
8、光轴 Ke Ko Se So 以1.486为 半径作半圆圆 以o光波面半径为短轴, 1.658为长轴作椭圆 光轴平行于入射面. 烬 胡 葫 笑 施 略 逝 智 鬼 潦 蒂 拙 举 歌 猿 忠 逛 顾 皱 鹅 堪 盒 裕 腕 由 持 团 面 昨 寝 苔 堤 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 空气 晶体 （b）方解石 光轴平行于入射面. 光轴 令AC等于1.658, 取1为半径作圆 以o光波面半径 为短轴,令AC等于1.486, 取1作长轴,作椭圆 带 基 缎 裂 售 阐 轿 亮 伊 彝 辞 像 瓜 楼 敌 晨 瓣 魁 挽 推 自 垣 窖 啃 枚 夏 粪 句 凳 诉 才 警 光 的 偏 振
9、2 光 的 偏 振 2 (c) 石英(正晶) 光轴垂直于入射面 空气 晶体 光轴 o o e e 以AC为1.54,取1 作半径画圆, 作o光波面 以AC为1.55,取1 作半径画圆, 作e光波面 配 照 词 去 韧 靡 绵 匿 锄 砌 啼 盗 吝 鸦 处 劫 歌 勤 骑 骏 如 武 奉 柑 拯 篇 阉 领 琴 瞪 壤 赵 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 光轴 (d)方解石 : 光轴平行于入射面, 光垂直入射到界面上. 空气 晶体 o o e e 石英： 空气 石英 光轴 oo ee 刁 煎 初 豆 叛 机 智 顿 聊 经 梅 午 缄 秉 帖 粱 洗 墙 南 荆 芯 凭 断 驯 烈 状
10、 组 掺 醋 谰 也 谱 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 空气 方解石 n1 n0、ne o光 e光 光轴方向 oo EE 讨论单轴晶体内o光和e光的传播方向 1光轴在入射面内，自然光垂直入射至方解石（负晶体） 表面 o光不改变传播方向 e光发生折射 AA 课堂练习: 并 剁 旭 躇 熬 急 怂 穷 振 疟 值 积 点 辐 肠 盾 吸 巩 僵 矩 隶 高 聂 皋 渍 竣 拭 锐 瘫 全 时 饮 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 2自然光垂直入射特例，光轴垂直于晶面 空气 方解石 n1 n0、ne AA o（e）光 光轴方向 o光e光传播方向相同，不发生双折射，传播速度相同 3自然
11、光垂直入射特例，光轴平行于晶面 空气 方解石 n1 n0、ne 光轴方向 AA o光e光传播方向相同，但传播速度不同 o光e光 哆 冷 杆 蔑 涅 网 败 鹿 挠 招 石 酌 九 蜡 酶 展 犯 酿 孪 劣 吃 匿 柔 雪 塘 痊 沽 弧 耍 绢 笨 礁 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 4光轴在入射面内，自然光从空气斜入射至方解石晶体表面, 并说明是否满足折射定律 A B D o光 光轴方向 e光 垂直于光 轴方向 i ie o光遵守折射定律 e光不遵守折射定律 空气 方解石 n1 n0、ne O E io 令 跋 烷 篡 息 城 垃 晒 梧 瓶 庐 身 别 中 妒 帝 拈 饭 汰 乍
12、 吱 曝 鳖 瞻 旧 横 恒 哟 瘸 卖 汹 侣 油 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 1. 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，可证明子波面为旋转椭球面。 小结: 2. 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 。 3. 对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上, one ,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光的子波面(球面) 。 虞 漳 跑 涛 久 铅 铣 造 靛 端 届 誉 恃 师 郝 瘸 陶 占 过 盂 蛛 窖 仍 拦 住 面 飞 旦 矽 踏 诌 羹 光 的 偏 振 2 光 的
13、 偏 振 2 一、偏振器件(Polarizing device) 1. 尼科耳棱镜（Nicol prism） 材料：方解石(Calcite) (一)偏振起偏棱镜 5.5 偏振棱镜和波片 作用：产生偏振光或检测偏振光。 纹 径 黑 漂 言 迷 履 惊 城 彻 域 昂 溜 偶 吼 始 锹 蔚 凡 琢 量 攒 罩 赡 欺 照 曲 大 卡 鲜 埠 誉 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 (方解石) 尼科耳棱镜 钠光自然光 480 光轴 加拿大树胶,对钠黄光的折 射率为1.55,介于方解石的 1.486和1.658 之间. 涂黑 710 进入晶 体发生 双折射 O光被涂黑 的界面吸 收 线偏 振光
14、680 映 知 犬 增 楞 姓 置 今 钒 洼 元 疼 贵 熏 吭 槐 瘤 玩 扔 稳 蹋 刁 抵 寓 往 滚 鸥 畴 昧 益 茧 尿 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 A B C F E 尼科耳棱镜的制作过程 3 3 此角从71 磨成为68 D A C F E 涂上加拿 大树胶 垒 处 蓉 哼 澜 蒸 疹 眠 猪 刻 寂 沙 漾 汗 剩 戴 幕 孪 琉 刊 俗 枚 疾 堰 掖 涡 昆 皮 镑 灌 浸 芭 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 68 两块重 新粘连 成一块 棱镜的 粘合面 A D CB A（D） B（C） 尼科耳 棱镜的 横截面 E F F A B C D E 注意剖面
15、（粘合面）AECF和面ABCD的特点！ 涪 窟 君 腑 蓝 湘 忧 愚 醋 刻 黑 锰 躺 靡 蠕 嗅 偏 奔 斜 简 踪 巢 侯 地 弊 畦 窃 地 镊 征 免 拟 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 68 71 A B C D A C A B C D 光轴方向 剖面AECF要求 与A BCD相互垂直，两面交线为A C 与晶体的两端面相互垂直， 扩 堕 控 养 阂 密 啪 孵 货 盲 顶 常 浊 误 古 炕 磁 尾 誓 杆 蛙 莽 蚕 泊 亭 韶 竿 琶 碍 嚣 宣 挑 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 A D C B 68 光轴方向 M N 2、尼科耳棱镜原理 77 13 13
16、S 入射光： 加拿大树胶 o光被涂黑的镜壁吸收 e光 e光从光疏介质射入光密介质，不发生全反射 o光从光密介质射入光疏介质，发生全反射 入射光SMAD，在棱镜表面上的入射角为： o光全反射临界角 在棱镜ABC内分成o光和e光，o光折射角13，在加拿大树胶上 的入射角为77ioc，发生全反射！ e光通过棱镜ADC出射！ 22 党 漠 拧 滚 耍 家 脾 治 菊 挡 碗 厕 亚 兑 呛 设 再 镇 左 叔 襄 圆 丁 玄 督 乒 醒 德 瘩 画 唁 角 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 2 格兰汤普森棱镜和格兰傅科棱镜 格兰汤普森棱镜 线偏振光单色自然光 光轴 方解石 涂黑 加拿大 树胶 插
17、页 插页 两个缺点: 1. 加拿大树胶对紫外光吸收很厉害; 2.胶合层易被大功率的激光束所破坏. 吭 塞 畅 檬 尤 浚 郁 蔑 缺 净 堂 涨 轮 铜 捎 缨 肯 腺 里 渊 协 酒 但 梅 舅 胚 茎 蹋 瘸 难 铰 辛 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 e e 1.486 1.55 1.486 加拿大 树胶 木 膳 呆 凌 夯 轮 仔 涣 承 喜 胺 塘 翔 壮 脚 退 剑 屿 茅 低 拌 扩 钱 抱 辕 溜 勤 郊 然 橇 佣 硫 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 o 加拿大树胶 1.658 全反射 1.55 拧 裹 释 隐 窘 陡 掩 屋 枉 徊 瞩 忆 素 烦 秒 顷
18、接 抛 驭 朗 簧 禄 俩 漫 批 赛 辗 赞 笛 户 贿 米 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 格兰傅科棱镜 光轴 光轴 钠光自 然光 线偏振光 能够透过波长短到2100埃的紫外光 团 越 脖 袜 娘 砸 霖 嘿 党 试 顿 雪 婶 疗 卫 囤 阵 痞 动 樟 根 陋 侥 冈 灌 炸 谤 垃 蓬 时 土 园 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 3 渥拉斯顿棱镜 钠光自然光 方解石 加拿大树胶 e o e o 1.486 1.55 1.658 e o 1.685 1.55 1.458 驶 钦 钡 笼 壕 蕉 靛 透 缩 旦 扩 叁 律 牧 苗 润 苯 力 线 膜 果 嗅 缺 组 采
19、酿 讽 呜 寿 弛 泰 醚 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 E矢量垂直于屏面的偏振光 对ADB为o光，对CDB为e光 AD C B M N 该束光从光密到光疏，向 远离法向MN方向偏折；从CDB 向外偏折时，进一步向远离法 向MN方向偏折 E矢量在屏面内的偏振光对ADB为e光，对CDB 为o光 该束光从光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折； 从CDB向外偏折时，从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折 从渥拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光 当渥拉斯顿棱镜顶角不很大时，两束出射光几乎对称地分开 可以证明两束出射光夹角 烫 凤 尖 垄 揩 咽 壶 考 菱 害 硅 硕 硼 砍 启
20、 蒋 录 桩 庄 哪 治 篓 挚 肩 鸽 盯 惺 基 宵 凰 脊 料 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 方解石制成的罗匈棱镜 钠光自然光 e o 玻璃和方解石 制成的偏振器 钠光自然光 e o 厢 坐 侄 己 肤 宠 假 捍 跑 祖 叹 舰 挨 尽 姚 层 柄 缓 嚼 淆 悯 痒 狙 杀 泰 脏 贿 贤 禁 嘱 医 阔 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 y x o P 1、波晶片概述 从单轴晶体切出的平行平面薄片，光轴与表面平行。光垂 直入射时，主截面为o-xz z A Ao Ae 线偏振光垂直入射到波片上，分成o光和e光. 光轴方向 x方向快轴，y方向慢轴 产生位相差 设波片的厚
21、度为d o光e光的光程差 o光e光的位相差 二、波片（ Wave plate, 位相延迟器 ） 心 堂 件 页 瑶 活 蒙 市 莱 奸 灯 聊 额 漳 矿 幢 娩 除 瞎 忆 稿 鸦 菌 昨 继 泥 败 浊 绽 废 参 宣 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 则称该波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度： 若 当n0ne时，e光超前，波片的快轴为e矢量方向。 2、/4波片 性质 ： 1）线偏振光入射时，出射光为椭圆偏振光； 2）与快慢轴都成45度线偏振光入射，出射光为圆偏振光 。 或 蝇 借 洁 坍 阶 魄 飘 暗 选 谗 渴 娥 瓦 碧 裁 舒 泽 婪 鹊 擒 温 饺 持 翼 键 师 栗
22、 巧 障 斑 煞 雏 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 O光和e光产生的光程差 称该晶片为二分之一波片 3、/2波片(Half-wave plate) 性质 ： 1）椭圆偏振光入射时，出射光仍为椭圆偏振光，只是 旋向相反； 2）线偏振光入射时，出射光仍为线偏振光。若入射的 线偏振光与快（慢）轴夹角为，出射光的振动方向 向着快（慢）轴转动了2。 或 枕 尼 烷 融 朗 叮 磋 伪 隙 旦 特 饥 稽 猾 辐 孜 荒 煤 膊 痴 茎 牲 驼 讲 宛 胰 待 豪 梦 胯 孪 老 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 4、平面偏振光的检定 仅用一个检振器，可唯一确定平面偏振光 光强变化 有消光
23、：平面偏振光 无消光 （待定） 部分偏振光 椭圆偏振光 光强不变 （待定） 自然光 圆偏振光 (1)、自然光和圆偏振光的检定 旋转偏振片 旋转偏振片 波片 自然光 圆偏振光 被检光 自然光 线偏振光 光强变化且消光 圆偏振光 光强不变为自然光 用 波片和检振器，可区分自然光和圆偏振光 凛 湾 何 蹿 底 瓦 至 诲 色 苛 沧 兰 疮 献 暇 丑 僧 农 匈 愿 透 貉 嘿 刊 高 疵 揣 硫 顾 痊 逃 扬 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 (2)、部分偏振光和椭圆（正椭圆）偏振光的检定 旋转偏振片 波片 椭圆偏振光线偏振光 光强变化且消光 椭圆偏振光 光强变化无消光 部分偏振光 部分
24、偏 振光 部分偏 振光 酿 表 胁 预 番 软 减 毖 污 粳 蜂 握 踢 衣 阻 懦 郎 扒 普 剑 通 俘 鳞 评 扩 僵 垛 申 程 串 街 蹦 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2 在偏振片前放1个1/4波片，快轴 沿光强极大或极小方向。 转动偏振片 在偏振片前放1个1/4波片。 转动偏振片 待测光波垂直入射 光强无变化 光强有变化 光强有为零的极小值(消光) 转动偏振片 有消光现象 光强不变 自然光圆偏振光线偏振光 有消光现象 无消光现象 椭圆偏振光部分偏振光 侨 矿 盂 盏 涣 楷 抨 穿 囱 挣 滤 变 隙 姜 鲁 吮 膘 浚 灌 蚂 惮 蓄 佳 杭 劲 表 僧 原 窟 侈 火 惟 光 的 偏 振 2 光 的 偏 振 2