第5章 光在晶体中的传播

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1、1 光 学第5章 光在晶体中的传播2 光 学第5章 光在晶体中的传播晶体的双折射晶体的双折射double refraction of light in crystals晶体光学器件晶体光学器件 偏振光的检验偏振光的检验 instruments producting polarized light偏振光的干涉偏振光的干涉interference of polarized light 旋光旋光optical active phenomenon3 光 学第5章 光在晶体中的传播前文主要讨论各向同性介质中光的传播，此处主前文主要讨论各向同性介质中光的传播，此处主要讨论要讨论各向异性各向异性介质，最典型

2、的是介质，最典型的是晶体晶体。代表：方解石（代表：方解石（CaCOCaCO3 3）、石英（）、石英（SiOSiO2 2） 多晶：整体上的各向同性。单晶：空间有序结构，一般是空间各向异性，以后晶体皆指单晶体。4 光 学第5章 光在晶体中的传播 5-1晶体双折射晶体双折射 double refraction of light in crystals5 光 学第5章 光在晶体中的传播6 光 学第5章 光在晶体中的传播象象折射现折射现双双折射现折射现方解石晶体方解石晶体CaCO3纸面纸面 一一. .双折射现象双折射现象一束光从空气射到一束光从空气射到各向异性各向异性晶体表面晶体表面, ,晶体内产生两束

3、折射光晶体内产生两束折射光7 光 学第5章 光在晶体中的传播光通过光通过双折射晶体双折射晶体8 光 学第5章 光在晶体中的传播现象：现象：1) 两束折射光两束折射光服从折射定律服从折射定律寻常光寻常光o 光光不服从折射定律不服从折射定律非非( (寻寻) )常光常光e 光光 二二. . o光和光和e光光2) ) o 光光 e 光光 均是偏振光均是偏振光两者振动方向近乎垂直两者振动方向近乎垂直eo9 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体10 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体双双折折射射方解石方解石 晶体晶体11 光 学第5

4、章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体12 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体13 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体14 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体15 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体16 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体17 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体18 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石

5、晶体晶体19 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体20 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体21 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体22 光 学第5章 光在晶体中的传播光光 光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体23 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体24 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体25 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体26 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光

6、双双折折射射方解石方解石 晶体晶体27 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体28 光 学第5章 光在晶体中的传播光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体29 光 学第5章 光在晶体中的传播转动晶体转动晶体, e, e光绕光绕o o光旋转光旋转30 光 学第5章 光在晶体中的传播三三. .晶体的光轴晶体的光轴 光通过晶体时光通过晶体时, ,沿某方向传播不发沿某方向传播不发生双折射生双折射 ( (不分束不分束, ,仍沿入射方向行仍沿入射方向行进进), ), 称这个特殊方向为晶体的称这个特殊方向为晶体的光轴光轴. .注意：注意：光轴在晶体内光轴在晶体内光轴是一个

7、方向光轴是一个方向, ,不是一条直线不是一条直线单轴晶体单轴晶体:具有一个光轴具有一个光轴,例如：方解石、石英等。例如：方解石、石英等。双轴晶体双轴晶体:具有两个光轴的晶体具有两个光轴的晶体,例如：云母、硫黄等。例如：云母、硫黄等。31 光 学第5章 光在晶体中的传播方解石晶体的光轴（方向）方解石晶体的光轴（方向）78780 01021020 078780 078780 01021020 01021020 0光轴光轴 磨磨 抛光抛光32 光 学第5章 光在晶体中的传播四四. .晶体的主截面晶体的主截面 包含晶体光轴并与晶体表面垂直的平面叫包含晶体光轴并与晶体表面垂直的平面叫做晶体的做晶体的主截

8、面主截面，主截面与晶体结构及切割方，主截面与晶体结构及切割方式有关。式有关。zzzz方解石主截面方解石主截面33 光 学第5章 光在晶体中的传播五五.光线的主平面光线的主平面 光线与光轴组成的平面称该光线的主平面光线与光轴组成的平面称该光线的主平面 一般情况下一般情况下 两个光线主平面不重合两个光线主平面不重合 若在主截面内入射，则若在主截面内入射，则o,e光都在该面内，主截面为光都在该面内，主截面为o光、光、e光的公共主平面，这是三者合一，光的公共主平面，这是三者合一， 前几例都为此情况，这是以后研究的重点。前几例都为此情况，这是以后研究的重点。方解石方解石eoe光的光的主平面主平面O光的光

9、的主平面主平面34 光 学第5章 光在晶体中的传播O.A.oo 光的振动垂直光的振动垂直 o光的主平面光的主平面e光的振动在光的振动在e光的主平面内光的主平面内e六六. o光、光、e 光的振动方向光的振动方向光o光e光轴光轴71方解石方解石在主截面方向入射：在主截面方向入射：o o光振动方向光振动方向主截面。主截面。 e e光振动方向在主截面内光振动方向在主截面内35 光 学第5章 光在晶体中的传播例例. ABCD 为一块方解石的一个截面，光轴方向在屏为一块方解石的一个截面，光轴方向在屏幕面内且与幕面内且与AB 成一锐角成一锐角 ,如图所示如图所示.一束平行的单色一束平行的单色自然光垂直于自然

10、光垂直于 AB 端面入射端面入射.在方解石内折射分解为在方解石内折射分解为 o 光和光和 e 光光, o 光和光和 e 光的光的 :光轴ABCD光o光e(A) 传播方向相同传播方向相同,光矢量的振动光矢量的振动方向互相垂直方向互相垂直. C (D) 传播方向不相同传播方向不相同,光矢量的振光矢量的振动方向不互相垂直动方向不互相垂直.(C) 传播方向不相同传播方向不相同,光矢量的振光矢量的振动方向互相垂直动方向互相垂直.(B) 传播方向相同传播方向相同,光矢量的振动光矢量的振动方向不互相垂直方向不互相垂直.36 光 学第5章 光在晶体中的传播 37 光 学第5章 光在晶体中的传播晶体中一个光源（

11、真正点光源或次波中心）晶体中一个光源（真正点光源或次波中心） 激起的扰动经某段时间在空间形成两个波面：激起的扰动经某段时间在空间形成两个波面： o光波面光波面o球面（各向同性）球面（各向同性） e光波面光波面e旋转椭球面（各向异性）旋转椭球面（各向异性）二者在光轴方向相切二者在光轴方向相切o光各向同性光各向同性: o,noe光各向异性光各向异性:沿光轴方向传沿光轴方向传播播 o，折射率，折射率no; 垂直光轴垂直光轴方向传播方向传播 e，折射率其他方，折射率其他方向，速度介于向，速度介于 o和和 e之间，之间，折射率介于折射率介于no和和ne之间之间, no，ne称为称为晶体的主折射率晶体的主