光的双折射ppt课件

17-4 光的双折射光的双折射 光的双折射光的双折射现象象SS方解石晶体实验一实验二在各向同性的介质中S是点物S 的象天然的方解石晶体是双折射晶体天然的方解石晶体是双折射晶体ABAB光光轴与晶体的三个棱与晶体的三个棱边成等角成等角MMNN沿光沿光轴方向入射的光束，通方向入射的光束，通过晶体不分晶体不分为两束光，两束光，仍沿入射方向行仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。它是一个特征方向。具有一个光具有一个光轴的晶体，称的晶体，称为单轴晶体。晶体。例如：方解石、石英等。例如：方解石、石英等。具有两个光具有两个光轴的晶体，称的晶体，称为双双轴晶体。晶体。例如：云母、硫黄等。例如：云母、硫黄等。光光轴光光轴若沿光若沿光轴方向入射，方向入射，O光和光和e光具有相同光具有相同 的折射率和相同的的折射率和相同的 波速，因而无双折波速，因而无双折 射射现象。象。寻常光（常光（O光）和非常光（光）和非常光（e光）光）寻常光常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速 相同），且在入射面内相同），且在入射面内传播，播，简称它称它为O光。光。非常光非常光：它的折射率（即波速）随方向而：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一化，并且不一 定在入射面内定在入射面内传播，播，简称称为 e 光。光。O光振光振动方向垂直于方向垂直于该光光线（在晶体中）与光（在晶体中）与光轴组成的平面。成的平面。e 光振光振动方向平行于方向平行于该光光线（在晶体中）与光（在晶体中）与光轴组成的平面。成的平面。若光若光轴在入射面内，在入射面内，实验发现：O光、光、e 光均在入射面内光均在入射面内传播，播，且振且振动方向相互垂直方向相互垂直。用惠更斯原理解用惠更斯原理解释光的双折射光的双折射现象象惠更斯原理：惠更斯原理：O 光在晶体内任意点所引起的波光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。面是球面。即具有各向同性的即具有各向同性的传播速率。播速率。e 光在晶体内任意点所引起的波光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋面是旋转椭球面。球面。沿光沿光轴方向与方向与O光具有相同的速率。光具有相同的速率。e 光波面O光波面光光轴方向方向负晶如方解石晶如方解石CaCO3e 光波面O光波面光光轴方向方向正晶如石英正晶如石英SiO2 e 光在垂直于光光在垂直于光轴方向上的方向上的传播速率播速率 ，在，在该方向的折射率方向的折射率 。e 光在其它方向上的折射率在光在其它方向上的折射率在 之之间。凡属凡属 ，即，即 晶体称晶体称为负晶。晶。凡属凡属 ，即，即 晶体称晶体称为正晶。正晶。方解石方解石 1.4864 1.6584石英石英 1.5534 1.5443对波波长为589.3纳米的米的钠黄光黄光为简略以下略以下 使用使用 平行光平行光倾斜入射，光斜入射，光轴在入射面内，在入射面内，光光轴与晶体表面斜交与晶体表面斜交光光轴AFEeOeO如果光如果光轴不在入射面内，球面和不在入射面内，球面和椭球面相切的点，球面相切的点，就不会在入射面内，就不会在入射面内，则 O光、光、e 光振光振动方向并不方向并不 相互垂直。相互垂直。平行光垂直入射，光平行光垂直入射，光轴在入射面内，在入射面内，光光轴与晶体表面斜交与晶体表面斜交光光轴AEOeBFEF出射两束偏振方向相互垂直的出射两束偏振方向相互垂直的线偏光偏光 平行光垂直入射，光平行光垂直入射，光轴在入射面内，在入射面内，光光轴平行晶体表面平行晶体表面光光轴AEeBFEFO具有相互垂直具有相互垂直 的偏振方向的偏振方向出射光沿同方向出射光沿同方向传播播 双折射双折射现象的象的应用用 尼科耳棱尼科耳棱镜ACNM光光轴在在ACNM平面内方向与平面内方向与AC成成480，入射面取，入射面取ACNM面面两两块特殊要求加工的直角方解石，如特殊要求加工的直角方解石，如图：加拿大加拿大树胶的折射率胶的折射率n=1.55，O光入射角大于光入射角大于 其其临界角界角arc sin(1.55/1.658)=69012，被全反射，被全反射，在在CN处为涂黑涂黑层所吸收。所吸收。出射偏振方向在出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光平面内的偏振光。e760O方解石的折射率方解石的折射率n0=1.658,220680 渥拉斯渥拉斯顿棱棱镜eO两两块直角方解石光直角方解石光轴相互垂直，如相互垂直，如图：ABDCO方解石方解石 光从光密到光疏光从光密到光疏 折射光要偏离法折射光要偏离法线e在棱在棱镜BCD中，中，传播的播的 O光和光和e光波面与入射面光波面与入射面 相截成两个同心相截成两个同心圆。eOO 光振动垂直 于光线和光轴 组成的平面。e 光振光振动平行平行 于光于光线和光和光轴 组成的平面。成的平面。二向色性人造偏振片二向色性人造偏振片 波晶片（波片波晶片（波片）二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同时有有 选择吸收的性能。例如，吸收的性能。例如，电气石气石对O 光的吸收能力特光的吸收能力特别 强，结果就只剩下果就只剩下e 光穿出晶体。光穿出晶体。厚度厚度为d,光光轴与两个表面平行与两个表面平行 的双折射晶体薄片称的双折射晶体薄片称为波片。波片。当自然光垂直入射当自然光垂直入射时，由晶体，由晶体 出射的是振出射的是振动方向相互垂直的方向相互垂直的 线偏振光，它偏振光，它们沿原入射方向沿原入射方向 同向同向传播，但播，但传播速度不同。播速度不同。对于方解石晶体于方解石晶体e光比光比O光快光快。对于石英晶体于石英晶体e光比光比O光慢光慢。eO光光轴d石英O光和光和e光两者到达波片的另一光两者到达波片的另一 表面表面时，必然有相位差。，必然有相位差。设 为O光超前于光超前于e光的相位，光的相位，则其光程差其光程差为：*若若O光和光和e光的相位差光的相位差为：，光程差是波，光程差是波长的整数倍。的整数倍。该波片称波片称为波波长片或全波片片或全波片。*若O和e光相位差为 ，光程差是半波光程差是半波长的奇数倍。的奇数倍。称称为二分之一波二分之一波长片片 或半波片。或半波片。则则eO光光轴d石英*若若O和和e光相位差光相位差为 ，光程差是半波，光程差是半波长的奇数倍。的奇数倍。称称为二分之一波二分之一波长片或半波片。片或半波片。称称为四分之一波四分之一波长片。片。则则*若若O和和e光相位差光相位差为 ，光程差是，光程差是 波波长的奇数倍的奇数倍。波片的作用是使通波片的作用是使通过它的它的O光和光和e光有相位上的光有相位上的 改改变，因此也称，因此也称为相位延相位延迟器。在偏振光分析器。在偏振光分析 中有着独特的作用。中有着独特的作用。*若若O光和光和e光的相位差光的相位差为：，光程差是波，光程差是波长的整数倍的整数倍。该波片称波片称为波波长片或全波片。片或全波片。方解石方解石17-5 椭圆偏振光、偏振光、圆偏振光、偏振光的偏振光、偏振光的检验 椭圆偏振光、偏振光、圆偏振光的偏振光的产生生椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效均可等效为两个具有两个具有 恒定相位差、相同振恒定相位差、相同振动频率、振率、振动方向相互垂直的方向相互垂直的线偏振光偏振光。波片可以将垂直入射的线偏光波片可以将垂直入射的线偏光 分解成同频率、相互垂直振动分解成同频率、相互垂直振动 的的O 光和光和 e光，它们沿同一方光，它们沿同一方 向传播，如图。向传播，如图。eO光光轴d波片厚度波片厚度d 决定决定O 光、光、e光恒定相位差的大小。光恒定相位差的大小。因此，可用波片来因此，可用波片来产生生 椭圆偏振光、偏振光、圆偏振光偏振光 或改或改变入射的偏振入射的偏振态。M是起偏器，是起偏器，经它可它可 从自然光中从自然光中获得垂直得垂直 射向波片射向波片C的的线偏光。偏光。波片波片C光光轴平行于晶体平行于晶体 表面，透振方向与光表面，透振方向与光 轴方向之方向之间的的夹角角 垂直射入波片的垂直射入波片的线偏光，分解成偏光，分解成O光其振光其振动 方向垂直于入射面，垂直光方向垂直于入射面，垂直光轴；分解成的；分解成的 e光振光振动方向平行于入射面，平行于光方向平行于入射面，平行于光轴。入射波片的入射波片的线偏光的振幅偏光的振幅 若若C为1/4波片，即波片，即=/2，且若，且若=450，则从从C出射出射圆偏振光偏振光若若C为1/4波片，且波片，且 450、900或或00，则出射出射椭圆偏振光偏振光 若若C不不为波波长片也不是半波片，即片也不是半波片，即 k 时，且且 450、900或、或、00 时，则从从C垂直出射垂直出射椭圆偏振光。偏振光。经过波片后，波片后，O光和光和e光光 的相位差：的相位差：振振动合成示意合成示意图