《光学教学课件：chapt5-3 5-7 双折射（Double refraction）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学教学课件：chapt5-3 5-7 双折射（Double refraction）（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 当光入射到各向同性介质 （如水、玻璃等）的分界 面上时遵从折射定律；5-7双折射（双折射（Double refraction） 实验表明，两束双折射光分别是线偏振光线偏振光5-7-1 晶体中的双折射现象晶体中的双折射现象 当光入射到各向异性介质（如冰、 方解石、石英等 晶体）的分界面上时，除了正常的折射光束，还有 一束折射光束不遵从折射定律;方解石晶体的双折射现象方解石晶体的双折射现象2光通过双折射晶体3寻常光寻常光(ordinary light，o光光) - 遵从折射定律的光束；非常光非常光(extraordinary light，e光光) - 不遵从折射定律的光束正入射时4 晶体的晶体
2、的光轴光轴- 晶体中的一个方向，沿该方向传播时，o光和e光不分开，传播速度相等。 光轴不是晶体中的一条直线，而是一个方向， 因此在晶体中任何一点都可以找到一个光轴 晶体只有单轴(uniaxial) 或 双轴(biaxial)晶体 常见的天然单轴单轴晶体有冰、方解石(calcite) 和石英 (quartz)等, 双轴双轴晶体有云母(mica)、蓝宝石(sapphire)、黄玉(topaz)等5天然方解石的六面体形状及光轴: 光轴光轴平行于钝角的角平分线的方向6主截面主截面(Principal section)和主平面主平面(Principal plane): 主截面-晶体分界面的法线和光轴构成
3、的平面；天然方解石三个表面对应的主截面:ABCD面AEHD面CDHG面 主平面-晶体里的折射光线和光轴构成的平面。主平面：晶体中任意一条光线与光轴构成的平面。主平面：晶体中任意一条光线与光轴构成的平面。实验表明：实验表明：o o 光的光振动垂直于它的主平面，光的光振动垂直于它的主平面，e e 光的光振动平行于它的主平面。光的光振动平行于它的主平面。 当入射光线正好在当入射光线正好在光轴与晶体表面法线所光轴与晶体表面法线所组成的平面内（即光轴组成的平面内（即光轴位于入射面内）时，位于入射面内）时，o o 光和光和 e e 光的主平面以光的主平面以及入射面三者重合，这及入射面三者重合，这个重合面称
4、为主截面。个重合面称为主截面。光轴光轴入射面入射面法线法线o光的主光的主平面平面e 光的主平面光的主平面8 实验发现： o o光的振动方向光的振动方向 o o光的主平面光的主平面 e e光的振动方向光的振动方向 e e光的主平面光的主平面 入射面和主截面重合时，o光主平面和e光主平面重合，因此 o 光的振动方向垂直于 e 光的振动方向.入射光线在主截面内时，o光光和e光光是振动方向相互垂直的线偏振光线偏振光91）波前上每点可看成新的次级波源，发出子波；2）下一个时刻的波前为所有子波的共同包络面；3）传播方向在子波源与子波面-包络面切点的连线方向。5-7-2 单轴晶体中的双折射单轴晶体中的双折射
5、基于基于Huygens子波原理子波原理解释单轴晶体的双折射解释单轴晶体的双折射 各向异性介质中的子波波面有球面和非球面非球面之分理论和实验都表明： 各向同性介质中的子波波面为球面 （各个方向上传播的速度相同）;各个方向上传播的速度不同10实验发现：（1）o光和光和e光的子波面光的子波面- 正轴晶体(positive crystal)，如石英；- 负轴晶体(negative crystal)，如方解石；光速与振动方向有关 光的振动方向 光轴时，传播速度为 v； 光的振动方向 光轴时，传播速度为 v； 振动为其它取向时，传播速度 v 介于 v和 v之间11定义两个本征折射率： 反映双折射的大小程度
6、显然 正轴晶体 负轴晶体石英：冰：方解石：12图示： o光和e光的子波面。（O.A-光轴）e光子波面：旋转椭球o光子波面：球面 此情形下，主平面即为屏幕所在平面13图示：正轴晶体和负轴晶体中o光和e光的子波面正轴晶体负轴晶体14o光折射率：e光折射率： o光和e光的折射率与传播方向的关系负轴晶体的子波面负轴晶体的折射率15图示：双折射晶体中o光和e光的子波面 17o光光e光光晶体晶体光轴光轴光轴光轴（2）o光和光和e光的传播光的传播-Huygens子波作图法子波作图法在负轴晶体主截面内斜入射斜入射时：19图示：在负轴晶体主截面内正入射正入射的作图法 显然，正入射时，e光偏离原方向，不满足折射定
7、律。 20正入射时，光轴在几个特殊方向上时的双折射： 光轴垂直于表面21光轴平行于表面（并且在屏幕面上）22光轴平行于表面（并且垂直于屏幕面）光轴23正入射，光轴在几个特殊方向上时的双折射：24（3）o光和光和e光的光的相对光强相对光强 e 光Ee=Esinqqo光Eo=EcosqE双折射晶体内，一个光振动总是可以分解成o光和e光的振动。入射线在主截面内时，o光和e光的振动方向相互垂直（o光和e光的主平面共面），因此o光和e光可以作为两个垂直分量看待.25 自然光入射时：自然光分解到o光和e光分量的机会相等自然光入射到晶体内，分解出的 o 光和 e光 的光强相等 线偏振光入射时：线偏振光振动方向与 o光和 e光分量的夹角决定 o光 和 e光 的光强。 Eqo 光e 光Ee=EsinqEo=Ecosq o光的振动方向 o光的主平面 e光的振动方向 e光的主平面入射光线在主截面内时，o光光和e光光是振动方向相互垂直的线偏振光偏振光 光的振动方向 光轴时，传播速度为 v；no= c/v 光的振动方向 光轴时，传播速度为 v ； ne= c/v 振动为其它取向时，传播速度 v 介于 v和 v 之间- 正轴晶体(positive crystal)，如石英；- 负轴晶体(negative crystal)，如方解石；
