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1、第四节第四节 双折射现象双折射现象光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时一个像一个像光不动，光不动，另外一个像另外一个像围绕围绕其其旋转旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体一一. . 双折射的概念双折射的概念1. 双折射双折射n1n2irore(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光2.2.寻常光寻常光(o(o光光) )和非寻常光和非寻常光(e(e光光) )o o光光 : : 遵从折射定律遵从折射定律e e光光 : :
2、 一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律e e光折射线也不一定在入射面内。光折射线也不一定在入射面内。 一束光射入一束光射入各向异性各向异性晶体晶体后，可以观察到有两后，可以观察到有两束折射光的现象。束折射光的现象。晶体入射光o光e光 折射后的两束光都是线折射后的两束光都是线偏光偏光。3 3、双折射晶体、双折射晶体 能能够够产产生生双双折折射射的的晶晶体体。它它们们都都是是具具有有各各向向异性结构的。异性结构的。方解石晶体，亦称冰洲石晶体，即方解石晶体，亦称冰洲石晶体，即CaCOCaCO3 3，碳碳酸钙的六角晶系，就是一种典型的双折射晶酸钙的六角晶系，就是一种典型的双折射晶体。体。石英（水晶）、
3、红宝石、冰等是双折射晶体。石英（水晶）、红宝石、冰等是双折射晶体。云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄等是另一类双云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄等是另一类双折射晶体。折射晶体。 4 4. . 晶体的光轴晶体的光轴 当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发生双折射，发生双折射，该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴。光轴。 光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向, ,平平行行此此方方向向的的直直线线均均为为光轴。光轴。单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体方解石晶体、石英、红宝石、冰。方解石晶体、石英、红宝石、冰。双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体
4、云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄。云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄。5 5. . 主平面主平面主平面主平面：晶体中光的传播方向与晶体晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。光轴构成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面方解石方解石e光的光的主平面主平面O光的光的主平面主平面一般一般情况下情况下 两个光线主平面两个光线主平面不重合不重合特殊特殊：光轴在入射面内光轴在入射面内 两个光线主平面两个光线主平面重合重合此时此时 两个光线的主平面可用两个光线的主平面可用入射面代替入射面代替！6、o光光 e 光的振动方向光的振动方向 o 光和光和 e 光光 都是线偏振光都是线
5、偏振光 振动方向由各光线的主平面来说明振动方向由各光线的主平面来说明 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二二. . 晶体的主折射率，正晶体、负晶体晶体的主折射率，正晶体、负晶体1 1、光光矢矢量量振振动动方方向向与与晶晶体体光光轴轴的的夹夹角角不同不同, ,光的传播速度也不同。光的传播速度也不同。o光光: :e光光: :o o光光电电矢矢量量垂垂直直于于光光轴轴，沿沿各各个个方方向向传传播播时速度相同，其波面为球面。时速度相同，其波面为球面。e e光光向向不不同同方方向向传传播播时时，电电矢矢量量相相对对于于光光轴轴
6、的的方方向向不不同同，速速度度也也不不同同，其其波波面面为为椭球面。椭球面。 2 2、n0 0 ，ne称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体正晶体 : : ne no负晶体负晶体 : : n ne e n ve) 负负晶晶体体 (vo ve ) 子波源子波源( ( e o o) )三三. . 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法单轴晶体中光传播的惠更斯作图法( ( e e o o) )作图法确定单轴晶体中作图法确定单轴晶体中 o光和光和e光的传播方向光的传播方向1.o光光 e光的子波面光的子波面2. 注意注意: 双折射的本质是传播速度的各向异性双折射的本质是传播速度的各向异性 o 光传播的速度
7、在各方向相等光传播的速度在各方向相等( (各向同性各向同性) ) e 光传播速度与方向有关光传播速度与方向有关( (各向异性各向异性) ) 光轴在入射面内光轴在入射面内o o光的子波面光的子波面e e光的子波面光的子波面光轴垂直入射面光轴垂直入射面负晶体的子波面负晶体的子波面光轴在入射面内光轴在入射面内o o光的子波面光的子波面e e光的子波面光的子波面光轴垂直入射面光轴垂直入射面除了两个特殊的方向之外，除了两个特殊的方向之外，e e光的传播方向与光的传播方向与其波面不垂直。这是因为其波面为椭球面。其波面不垂直。这是因为其波面为椭球面。o o光的波面是球面，故其传播方向处处与其波光的波面是球面
8、，故其传播方向处处与其波面垂直。面垂直。（1 1） 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 e oe o光轴光轴晶体晶体 o o, , e e在在方方向向上上虽虽没没分分开开，但但速速度度上是分开的。上是分开的。2、晶体的波面作图法、晶体的波面作图法（2 2） 光轴平行晶体表面，自然光斜入射光轴平行晶体表面，自然光斜入射光轴光轴晶体晶体 eo A A A AB B B B B BC C C C C C（a)a)由由B B向向由由A A发发出出子子波波引切线，引切线，(b)(b)由由A A向向切切点点引引直直线线，得得o o、e e光传播方向。光传播方向。（3 3）光轴
9、平行晶体表面，且垂直入射面，）光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射自然光斜入射晶体晶体 光轴光轴ir0reo ot e eteo ecto o光与光与e e光都满足折射定律光都满足折射定律o o光采用折射率光采用折射率n no o, , e e光采用折射率光采用折射率n ne e（4）平行光垂直入射到光轴垂直界面的单轴）平行光垂直入射到光轴垂直界面的单轴 负晶体上。负晶体上。结论：两折射光线的方向均与入射光线结论：两折射光线的方向均与入射光线 方向相同，方向相同，o光和光和e光不分开。光不分开。ACDF.eoeo光轴光轴iEG （5） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体四、晶体光学器件四、晶体光学器件 1. 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对某些晶体对o光和光和e光的吸收有很大差异，光的吸收有很大差异，这叫晶体的这叫晶体的二向色性二向色性电气石电气石 光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴可产生线偏振光可产生线偏振光2. 2. 偏振棱镜偏振棱镜偏光镜偏光镜: : 格兰格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜 光轴光轴光轴光轴方解石方解石方解石方解石加加拿拿大大树树胶胶 (n = 1.55)oe吸收涂层吸收涂层i光轴的取向使光轴的取向使o光、光、e光对应的恰是光对应的恰是no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)
