1、17-4 光的双折射,提纲, 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,作业：13、15、16,17-4 光的双折射, 光的双折射现象,S,S,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,A,B,A,B,光轴与晶体的三个棱边成等角,M,M,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
2、，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
3、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CaCO3,e 光波面,O光波面,光轴方向,正晶如石英SiO2,e 光在垂直于光轴方向上的传播速率 ，在该方向的折射率 。,e 光在其它方向上的折射率在 之间 。,凡属 ，即 晶体称为负晶。,凡属 ，即 晶体称为正晶。,为简略以下 使用, 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,A,F,E,e,O,e,O,如果光
4、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,A,E,O,e,B,F,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,A,E,e,B,F,E,F,O,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,A,C,N,M,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arc sin(1.55/1.
5、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,760,O,方解石的折射率n0=1.658, 渥拉斯顿棱镜,两块直角方解石光轴相互垂直，如图：,光从光密到光疏 折射光要偏离法线,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。,e,O,O 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
6、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。,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,其光程差为：,*若O光和e光的相位差为： ，光程差是波长的整数倍。,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。,称为二分之一波长片 或半波片。,则,则,石英,*若O和e光相位差为 ，光程差是半波长的奇数倍。,称为二分之一波长片或半波片。,称为四分之一波长片。,则,则,*若
7、O和e光相位差为 ，光程差是 波长的奇数倍。,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。,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。,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。,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。,经过波片后，O光和e光 的相位差：,振动合成示意图,
