光的双折射

光的双折射•光的双折射现象•寻常光（O光）和非常光（e光）•用惠更斯原理解释光的双折射现象•双折射现象的应用17-5椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验•椭圆偏振光、圆偏振光的产生••渥拉斯顿棱镜••尼科耳棱镜••二向色性人造偏振片••波晶片17-4光的双折射•光的双折射现象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ABAB光轴与晶体的三个棱边成等角MM’N’N沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光，仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。例如：方解石、石英等。具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。例如：云母、硫黄等。光轴光轴若沿光轴方向入射，O光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而无双折射现象。•寻常光（O光）和非常光（e光）••寻常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速相同），且在入射面内传播，简称它为O光。••非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一定在入射面内传播，简称为e光。O光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。e光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。若光轴在入射面内，实验发现：O光、e光均在入射面内传播，且振动方向相互垂直。•用惠更斯原理解释光的双折射现象惠更斯原理：O光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。即具有各向同性的传播速率。e光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭球面。沿光轴方向与O光具有相同的速率。e光波面O光波面光轴方向负晶如方解石CaCO3e光波面O光波面光轴方向正晶如石英SiO2e光在垂直于光轴方向上的传播速率，在该方向的折射率。eV主ene光在其它方向上的折射率在之间。主enn0主enn0凡属，即晶体称为负晶。eVV0主enn0eVV0凡属，即晶体称为正晶。方解石1.48641.6584石英1.55341.5443对波长为589.3纳米的钠黄光主enon为简略以下使用主eenn••平行光倾斜入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面斜交光轴AFEeO•eO•如果光轴不在入射面内，球面和椭球面相切的点，就不会在入射面内，则O光、e光振动方向并不相互垂直。••平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面斜交光轴AEO•eBF’E’•F出射两束偏振方向相互垂直的线偏光••平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴平行晶体表面光轴AE•eBF’E’•FO具有相互垂直的偏振方向出射光沿同方向传播•双折射现象的应用••尼科耳棱镜ACNM光轴在ACNM平面内方向与AC成480，入射面取ACNM面•两块特殊要求加工的直角方解石，如图：加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角arcsin(1.55/1.658)=69012’，被全反射，在CN处为涂黑层所吸收。出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光。e•760O方解石的折射率n0=1.658,486.1en220680••渥拉斯顿棱镜••eO两块直角方解石光轴相互垂直，如图：ABDCO方解石••••光从光密到光疏折射光要偏离法线e••在棱镜BCD中，传播的O光和e光波面与入射面相截成两个同心圆。eOO光振动垂直于光线和光轴组成的平面。e光振动平行于光线和光轴组成的平面。••二向色性人造偏振片••波晶片（波片）二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同时有选择吸收的性能。例如，电气石对O光的吸收能力特别强，结果就只剩下e光穿出晶体。厚度为d,光轴与两个表面平行的双折射晶体薄片称为波片。当自然光垂直入射时，由晶体出射的是振动方向相互垂直的线偏振光，它们沿原入射方向同向传播，但传播速度不同。对于方解石晶体e光比O光快。对于石英晶体e光比O光慢。•eO光轴d•石英O光和e光两者到达波片的另一表面时，必然有相位差。设为O光超前于e光的相位，则/2)(dnnoe其光程差为：dnnoe)(*若O光和e光的相位差为：，光程差是波长的整数倍。k2,2,1,knnkdoe该波片称为波长片或全波片。*若O和e光相位差为，光程差是半波长的奇数倍。)12(k,2,1,0,)(2)12(knnkdoe称为二分之一波长片或半波片。则则•eO光轴d•石英/2)(dnneo*若O和e光相位差为，光程差是半波长的奇数倍。)12(k,2,1,0,)(2)12(0knnkde称为二分之一波长片或半波片。称为四分之一波长片。,2,1,0,)(4)12(0knnkde则则*若O和e光相位差为，光程差是波长的奇数倍。2/)12(k41波片的作用是使通过它的O光和e光有相位上的改变，因此也称为相位延迟器。在偏振光分析中有着独特的作用。*若O光和e光的相位差为：，光程差是波长的整数倍。k2,2,1,0knnkde该波片称为波长片或全波片。方解石17-5椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验•椭圆偏振光、圆偏振光的产生椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光。波片可以将垂直入射的线偏光分解成同频率、相互垂直振动的O光和e光，它们沿同一方向传播，如图。•e•O光轴d波片厚度d决定O光、e光恒定相位差的大小。因此，可用波片来产生椭圆偏振光、圆偏振光或改变入射的偏振态。M是起偏器，经它可从自然光中获得垂直射向波片C的线偏光。波片C光轴平行于晶体表面，透振方向与光轴方向之间的夹角垂直射入波片的线偏光，分解成O光其振动方向垂直于入射面，垂直光轴；分解成的e光振动方向平行于入射面，平行于光轴。入射波片的线偏光的振幅••cosAAesinAAO若C为1/4波片，即=/2，且若=450，则从C出射圆偏振光若C为1/4波片，且450、900或00，则出射椭圆偏振光若C不为波长片也不是半波片，即k时，且450、900或、00时，则从C垂直出射椭圆偏振光。2)(dnneo经过波片后，O光和e光的相位差：振动合成示意图