1、波动光学第8讲双折射现象、椭圆偏振光和圆偏振光、波片、偏振光的干涉,主要内容,一、双折射现象,二、偏振光的干涉,实验：,一束光射入晶体时，折射光分成两束； 当晶体在垂直入射光的平面内转动时， 一束折射光传播方向保持不变， 另一束折射光随着晶体转动传播方向改变。,双折射现象,一光的双折射现象,1.光的双折射现象,一束光射入各向异性媒质时，折射光分成两束的现象,2. 寻常光o，非常光e,在上述实验中转动晶体， 折射光传播方向不变的那束光称为寻常光o ； 随着晶体转动传播方向改变的那束光称为非常光e,寻常光（o光）遵从折射定律；,n1,n2,i,ro,re,(各向异 性媒质),自然光,o光,e光,非
2、寻常光（ e光 ）一般不遵从折射定律,e 光折射线也不一定在入射面内。,o 光和 e 光均为线偏振光。振动面互相垂直,二晶体光轴、主平面,当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。,1.晶体的光轴,沿光轴方向 o 光和 e 光在的传播速率相等 光轴只是一特殊方向而非一实在轴线凡平行于此方向的直线均为光轴。,如天然方解石,平行六面体,注意,2.单轴晶体、多轴晶体,多轴晶体：不只一个光轴的晶体,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,如方解石、石英、红宝石等,如云母、蓝宝石等,3.主平面,晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。,o 光的光振动方向垂直于o 光的主平面； e 光的光
3、振动方向平行 e 光的主平面。 一般情况下， e 光不一定在入射面内，o 光的主平面和 e 光的主平面并不重合,1.单轴晶体的子波波阵面,设想在晶体内有一子波源，由于晶体的各向异性性质，从子波源将发出两组惠更斯子波.,o 波面,e 波面,另一组的波面是旋转椭球面，表示各方向光速不等，相应于非常光线（e 光），称为e 波面。,由于两种光线沿光轴方向的速率相等，所以两波面在光轴方向相切，在垂直光轴方向上，两光线传播速率相差最大,一组是球面子波，表示各方向光速相等，相应于寻常光（o 光），并称为o 波面；,三、晶体的主折射率、正晶体、负晶体,o 光的传播速率用vo 表示 折射率用no 表示， e 光
4、在垂直光轴方向上的传播速率用ve 表示，折射率用ne 表示,根据no 和ne 的大小关系，晶体分为正晶体和负晶体,no ，ne称为晶体的主折射率,2.晶体的主折射率、正晶体、负晶体,负晶体 : ne no,正晶体 : ne no,(e o),(eo),如石英,no ，ne称为晶体的主折射率,如方解石,四晶体偏振器件,利用晶体的双折射现象，可制成棱镜来获得线偏光其思想是：,1.偏振棱镜尼科耳棱镜,将一束自然光射入晶体制成的复合棱镜，利用双折射现象分成寻常光和非常光，然后利用全反射原理把寻常光反射到棱镜侧壁上，只让非常光通过棱镜，从而获得一束振动方向固定的线偏光。这样的棱镜有很多，这里介绍尼科耳棱
5、镜,尼科耳棱镜,树胶,对于o光,产生全反射,对于e光,可以透过，则获得偏,振光。尼克尔棱镜比较贵。多用于高级光学实验。,单轴晶体对寻常光线和非常光线的吸收性能一般是相同的。但也有一些晶体例如电气石吸收寻常光线的性能特别强，在 1mm 厚的电气石晶体内，寻常光线几乎全部被吸收。,2.晶体的二向色性、偏振片,晶体的二向色性：将晶体对相互垂直的两个分振动具有选择吸收的这种性能。,应用: 利用二向色性可以制成人造偏振片,比偏振棱镜成本低，但性能差,例:将二向色性很强的聚乙烯醇薄膜加热,沿一定方向拉伸,使碳氢化合物分子沿拉伸方向排列起来,然后浸入含碘的溶液中,取出烘干即制成偏振片,例. ABCD 为一块
6、方解石的一个截面，光轴方向在屏幕面内且与AB 成一锐角q ,如图所示.一束平行的单色自然光垂直于 AB 端面入射.在方解石内折射分解为 o 光和 e 光, o 光和 e 光的 :,(A) 传播方向相同,光矢量的振动方向互相垂直., C ,(D) 传播方向不相同,光矢量的振动方向不互相垂直.,(C) 传播方向不相同,光矢量的振动方向互相垂直.,(B) 传播方向相同,光矢量的振动方向不互相垂直.,一、椭圆偏振光和圆偏振光,P：,偏振片，透振方向 MM；,R：,晶片，厚度 光轴方向CC与 MM 交 角 .,自然光,偏振光，振幅,o光，,振幅,e光，,o光和 e光沿同一传播方向到达屏H，相位差：,振幅
7、,偏振光的干涉,频率相同、相位差恒定，但不是相干光：,合成光矢量端点的轨迹方程：,合成光为线偏振光；,合成光为正椭圆偏振光 ,且 时为圆偏振光；,其它值且 时, 合成光为斜椭圆偏振光 .,迎着光考察， 的端点顺时针 (逆时针) 运动时，称为右 (左) 旋偏振光。,二、波片,波片 (相位延迟器)：,均厚、光轴平行于表面的晶片。,a) 四分之一波片,片的厚度：,入射光通过后，使透射的 o光和 e光产生固定的相位差： 或固定的光程差： 的波片 .,( 片 ),片的最小厚度：,则变成正椭圆偏振光。,入射线偏振光通过 片后，如果,则变成沿光轴方向振动的偏振光；,则变成圆偏振光；,则变成垂直于光轴方向振动
8、的偏振光；,b) 二分之一波片,片的厚度：,入射光通过后，使透射的 o光和 e光产生固定的相位差： 或固定的光程差： 的波片 .,( 半波片， 片 ),片的最小厚度：,入射线偏振光通过半波片后，变成与原振动方向交 角方向上振动的线偏振光。,三、偏振光的干涉,透振方向 MM；,R：,晶片,厚度 光轴CC与 MM 交 角；,o光，,光振动方向垂直于CC，振幅,e光，,光振动方向平行于CC，振幅,P1：,偏振片，,P2：,透振方向NN MM .,单色自然光,线偏振光，振幅,偏振片，,二者相位差,o光的分量 e光的分量 为相干光，引起相位差,(ii)复色光入射，即使晶片厚度均匀，也产生不同的明暗情况 (显色偏振)。所以白光入射时，屏上出现一 定彩色的混合色,相长干涉,相消干涉,特点：,(i)对一定波长的单色入射光，屏上明暗情况由晶片厚度决定。晶片厚度不均时，屏上亮度也不均。,作 业 题：习题18.18、18.20、18.21,复习内容：,本讲,
