1、1,光在晶体中的传播(1),制作者： 赣南师范学院物理与电子信息学院： 王形华,2,第七章：光在晶体中的传播,本章讨论光在各向异性媒质中的传播，主要是晶体，对于光本身主要是它的偏振态的改变问题。 1 双折射一、双折射现象和基本规律1、双折射现象 同一束入射光射到晶体，折射后分成两束光的现象称为双折射。（冰洲石：CaCO3，方解石的一种）,3,2、o光和e光,一束平行光线照射到晶体表面，在晶体内的两条折射线中，一条总是符合普通的折射击定律称为寻常光o光，而另一条却常常违背它，称之为非寻常光e光.（o光、e光只是在晶体里面有意义）,4,3、晶体的光轴 在晶体中存在着一个特殊的方向，光线沿着这个方向
2、传播时，o光和e光不分开，这个特殊的方向称为晶体的光轴。Note：光轴不是一条线，而是一个方向。,5,6,4、主截面 光线沿晶体的某界面入射，此界面的法线与晶体的光轴组成的平面，称为主截面。5、双折射光的偏振 用检偏器考察从晶体射击出的两光束时，结果发现其都是线偏振光，且两束光的偏振方向相互垂直。二、单轴晶体中的波面1、单轴晶体、双轴晶体（1）只有一个光轴方向的晶体称为单晶体。 如：冰洲石、石英、红宝石、冰等。,7,（2）有两个光轴方向的晶体，称为双晶体。 如：云母、兰宝石、橄榄石、硫磺等。2、单晶体中光的波面（1）各向同性媒质（2）各向异性媒质（3）单轴晶体中，o光传播规律与普通各向同性媒质
3、中一样，沿各个方向的传播速度v0相同，其波面是球面。e光沿各个方向的传播速度不相同，沿光轴方向传播速度与o光一样，也是v0 ，沿垂直光轴方向的传播速度是另一数值ve，沿其它方向传播速度v介于v0与ve之间，其波面是一椭球面。,8,9,3、主平面（1）晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面，称为主平面。（与主截面不是同一个面，主平面是为了用来说明o光、e光的偏振状态而引入的。）（2）o光的偏振：电矢量的振动方向与主平面垂直。（3）e光的偏振：电矢量的振动方向与主平面平行。4、主折射率 对于o光晶体的折射率no=c/ v0 ,但对e光，因为它不服从普通的折射定律，不能简单地用一个折射率来反映它折射的规
4、律。通常仍把真空光速c与e光沿垂直于光轴传播时的速度ve之比也叫做它的折射率,用ne表示， ne=c/ve,10,主折射率： no=c/ v0 ne=c/ve,11,5、负晶体、正晶体,负晶体（冰洲石）: ve v0 no ne（内切球）,正晶体（石英）: ve v0 none （外切球）,12,三、惠更斯作图法1、各向同性媒质（1）画出平行的入射光束，其与界面的交点为A、B。（2）作入射光波面AB，B到B 的时间为 t=BB /c（3）以A为中心，vt为半径在介质内作半园。（4）过B 点作半园的切线B A，切点为A ，BA 即为折射线波面。（5）连结A与A ，此即为折射线（方向）。,13,2
5、、单轴晶体,负晶体ve v0,主平面,（1）、（2）与上相同。（3）沿光轴方向作出相应的球面和椭球面，在光轴处相切。（4）过B点作o光与e光的次波切面，得切点AO 与Ae 。（5）连结A AO 、 A Ae此即为折射线（方向）,14,3、三种实例,（1）光轴垂直于界面，光线正入射；,主平面,（ve v0 、 负晶体 、 无双折射现象）,15,（2）光轴平行于界面，光线正入射；,主平面,（ve v0 、 负晶体 、存在双折射现象）,16,（3）光轴垂直于入射面，光线斜入射。,（ve v0 负晶体 存在双折射现象）,17,2 晶体光学器件一、晶体偏振器 双折射现象的重要应用之一是制作偏振器件。因为
6、O光和e光都是100%的线偏振光。1、洛匈棱镜负晶体（冰洲石）: ne no对于e光：光密光疏,18,2、渥拉斯顿棱镜,o光:垂直主平面e光:平行主平面,ne noe光o光光疏光密o光e光光密光疏,o光,e光,19,3、尼科耳棱镜 ne n no,20,ne n no,o光 : 光密光疏，可以产生全反射e光 : 光疏光密，不可能产生全反射,21,尼科耳棱镜的缺陷：,（1）入射光束的会聚角不得过大，否则0光将不发生全反射，或e光与光轴的夹角变小，从而折射率变大，且投在剖面上的入射角也增大。当入射线达到某一位置SeM时e光也会全反射掉。（2）入射击光线上、下两方的极限角 S0MS SMSe=14o
7、，使用尼科耳棱镜时，入射光束的会聚角不能超过此限。（3）由于加加拿大树胶吸收紫外线，故尼科耳棱镜对此波段不适用。,22,二、波晶片位相延迟片,用双折射晶体除了可以制做偏振器外，另一个重要用途是制做波晶片。,no=c/ v0 ne=c/ve波晶片厚度为do光：Lo= no do=2 nod/ e光：Le= nede=2 ned/ （负号表示位相落后，与前面的定义相反。）,23,o光相对于e光位相(落后): =oe=2 d（ne no ） / ,1、四分之一波长片（ /4片） ： d（ne no ） = /4或 d（ne no ） = (2k+1) /4 （k=0、1、2、) = /2或= (2k
8、+1) /2 （k=0、1、2、),24,2、二分之一波长片（ /2片） ： d（ne no ） = /2或 d（ne no ） = (2k+1) /2 （k=0、1、2、) = 或= k （k=0、1、2、),25,3、全波片： d（ne no ） = 或 d（ne no ） = k （k=0、1、2、) = 2 或= 2k （k=0、1、2、),26,4、以o光、e光振动方向为坐标轴，建立oe直角坐标系 e振动方向横轴 、o振动方向纵轴 任何振动的光正入射到波晶片表面时，其振动都按此坐标系分解成o分量和e分量，两分量各有各的速度和光程（见图24） ，最后出射时彼此产生位相附加延迟。作业：P187 3、4。,
