1（優(yōu)選）晶體光學(xué)ppt講解目前一頁\總數(shù)六十頁\編于十六點1.雙折射現(xiàn)象2.尋常光（o光）和非尋常光（e光）兩束折射光中，有一束光遵守折射定律，稱為尋常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，稱為非尋常光（e光）。折射定律有兩個含義：A.折射角的關(guān)系，B.入射光線和折射光線與法線同在一個平面。說明：1〕o光和e光與晶體密不可分

2〕折射定律的含義一、晶體的雙折射現(xiàn)象§4－1光在晶體中的傳播、折射和反射目前二頁\總數(shù)六十頁\編于十六點1、光軸：在雙折射晶體中存在一個特殊的方向，當(dāng)光束在這個方向傳播時不發(fā)生雙折射，此方向稱為晶體的光軸。在光軸方向上，o光和e

光都遵守折射定律。而且：

no=ne目前三頁\總數(shù)六十頁\編于十六點對嗎？光軸o光e光ie光o光o光、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！只有在晶體內(nèi)部才有意義目前四頁\總數(shù)六十頁\編于十六點2.主截面：晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。e光光軸e光的主截面o光光軸o光的主截面····O光振動：垂直O(jiān)光主截面－垂直于光軸。

光振動：平行光主截面－不一定平行于光軸。ee目前五頁\總數(shù)六十頁\編于十六點三.o光和e光的相對光強(qiáng)自然光入射下，o光和e光的振幅相同。平面偏振光入射，o光、e光的振幅不一定相同，隨著晶體方向的改變，它們的振幅也發(fā)生變化。OO’AA’θ相對強(qiáng)度空氣中：θ=90o:o光最強(qiáng)，e光消失θ=0o:e光最強(qiáng)，o光消失重疊部分強(qiáng)度不變目前六頁\總數(shù)六十頁\編于十六點

四、光在晶體中的波面－惠更斯作圖法光光光軸光光光光光軸常數(shù)或稱為負(fù)晶體或稱為正晶體（如方解石）（如石英）振子有三個不同的固有頻率，、和

目前七頁\總數(shù)六十頁\編于十六點?光軸平行晶體表面，且垂直入射面，自然光斜入射····晶體光軸ir0reo

········oΔteΔteo

ecΔt1.光在晶體中的傳播方向當(dāng)光軸不在入射面內(nèi)時：e光不在入射面內(nèi)，兩個主截面不重合。o光傳播方向垂至于其波面；e光傳播方向不一定垂至于其波面。目前八頁\總數(shù)六十頁\編于十六點?

光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射······o

e晶體光軸····

e方解石光軸······o

eoo光垂直于波面,e光不垂直于波面！······o

e晶體光軸····o

e出現(xiàn)e光與入射光在法線同一側(cè)的情況！晶體：e光有向最大速度方向行走的趨勢目前九頁\總數(shù)六十頁\編于十六點o光:e光:

n0，ne稱為晶體的主折射率二.單軸晶體的主折射率光矢量與晶體光軸的夾角不同,e光速度不同。與方向無關(guān)····晶體光軸ir0reo

········oΔteΔteo

ecΔt負(fù)晶體：ne<no,正晶體：ne>no對于多數(shù)晶體兩者差別不大。e光垂直于光軸方向傳播，光線與波面垂直。目前十頁\總數(shù)六十頁\編于十六點方解石加拿大樹膠對鈉黃光光軸oe68o48o全反射臨界角：以76o角入射。作用：作為起偏器或者檢偏器。檢偏器：平行尼科爾棱鏡θ＝0正交尼科爾棱鏡θ＝90o目前十一頁\總數(shù)六十頁\編于十六點折射角：最大入射角：i2=90o-68o68oicSoMS例：求棱鏡粘合面上最大入射角ic,外表面相應(yīng)的最大入射角目前十二頁\總數(shù)六十頁\編于十六點二、波片（位相延遲器）它的作用是：o光和e光通過波片時的光程差與位相差：d是波片厚度。使兩個振動方向相互垂直的光產(chǎn)生位相延遲。制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行。AAoAe光軸P

振幅關(guān)系ydxAAoAe線偏振光光軸λ目前十三頁\總數(shù)六十頁\編于十六點快軸和慢軸：快軸：稱晶體中傳播速度快的光矢量方向為快軸。慢軸：稱晶體中傳播速度慢的光矢量方向為慢軸。目前十四頁\總數(shù)六十頁\編于十六點則稱該波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：若當(dāng)n0>ne時，e光超前，波片的快軸為e矢量方向。1、/4波片性質(zhì)：1）線偏振光入射時，出射光為橢圓偏振光；2）與快慢軸都成45度線偏振光入射，出射光為圓偏振光。目前十五頁\總數(shù)六十頁\編于十六點O光和e光產(chǎn)生的光程差稱該晶片為二分之一波片。2、/2波片性質(zhì)：1）橢圓偏振光入射時，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向相反；2）線偏振光入射時，出射光仍為線偏振光。若入射的線偏振光與快（慢）軸夾角為，出射光的振動方向向著快（慢）軸轉(zhuǎn)動了2。A0入A0出A出A入Ae入=Ae出光軸目前十六頁\總數(shù)六十頁\編于十六點3、全波片稱該晶片為全波片。性質(zhì)：1）不改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)；2）只能增大光程差。目前十七頁\總數(shù)六十頁\編于十六點三、補(bǔ)償器巴比涅（Babinet）補(bǔ)償器d1d2入射光微量移動一般橢圓偏振光：缺點：光束極窄補(bǔ)償器目前十八頁\總數(shù)六十頁\編于十六點2、橢圓偏振光(包括圓偏振光)§4－2偏振的矩陣表示一、偏振光的表示1、線偏振光的分解目前十九頁\總數(shù)六十頁\編于十六點或者表示為:目前二十頁\總數(shù)六十頁\編于十六點二、偏振光的矩陣表示稱為歸一化的瓊斯矢量目前二十一頁\總數(shù)六十頁\編于十六點1、線偏振光的歸一化瓊斯矢量：若光矢量沿x軸，Ax=1Ay=0，則：目前二十二頁\總數(shù)六十頁\編于十六點2、求長軸沿x軸，長短軸之比是2：1的右旋橢圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。

根據(jù)已知條件有：目前二十三頁\總數(shù)六十頁\編于十六點3、偏振光的正交：略去公因子：同理，左旋偏振光：右旋偏振光與左旋偏振光正交。目前二十四頁\總數(shù)六十頁\編于十六點瓊斯表示法應(yīng)用－正交偏振：旋轉(zhuǎn)方向相反、振幅相等的圓偏振光合成線偏振光：目前二十五頁\總數(shù)六十頁\編于十六點三、偏振器件的矩陣表示目前二十六頁\總數(shù)六十頁\編于十六點解：光線的偏振狀態(tài)為：例1：求透光軸與x軸成角的線偏振器的瓊斯矩陣出射光線沿坐標(biāo)軸的分解：目前二十七頁\總數(shù)六十頁\編于十六點由此得線偏振器的瓊斯矩陣為：目前二十八頁\總數(shù)六十頁\編于十六點解：自然光通過起偏器，成為線偏振光，I0/2，其瓊斯矢量為：l/4波片,l/2，l/8波片的瓊斯矩陣分別為自然光通過光軸夾角為45度的線偏振器后，又通過了1/4、1/2和1/8波片，快軸沿波片Y軸，試用瓊斯矩陣計算透射光的偏振態(tài)。例2：快軸沿Y軸(n?。﹍/4波片：目前二十九頁\總數(shù)六十頁\編于十六點出射光為：目前三十頁\總數(shù)六十頁\編于十六點例3：有一快軸與x軸成角，產(chǎn)生位相差為的波片，試求其瓊斯矩陣目前三十一頁\總數(shù)六十頁\編于十六點設(shè)入射偏振光為A1和B1在波片的快、慢軸上的分量為：寫成矩陣形式：A1’B1’目前三十二頁\總數(shù)六十頁\編于十六點偏振光透過波片后，在快軸和慢軸上的復(fù)振幅為：因而透過波片后有：目前三十三頁\總數(shù)六十頁\編于十六點將A1”和B1”再次分解到x,y軸上，有A1’’q快軸B1’’A2B2目前三十四頁\總數(shù)六十頁\編于十六點目前三十五頁\總數(shù)六十頁\編于十六點2、偏振光的檢驗方法：利用位相延遲器和偏振器檢偏器橢圓偏振光部分橢圓偏光部分線偏光光強(qiáng)變化，但不消光。檢偏器橢圓偏振光部分橢圓偏光部分線偏光1/4波片部分橢圓偏振光，變成部分線偏振光§4－3偏振光的變換和測定目前三十六頁\總數(shù)六十頁\編于十六點

四分之一波片圓偏振光自然光自然光線偏振光

偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光

I不變線偏振光I變,有消光以入射光方向為軸

四分之一波片橢圓偏振光部分偏振光線偏振光

偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光I變,有消光

部分偏振光光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置線偏振光I變,無消光目前三十七頁\總數(shù)六十頁\編于十六點二、偏振光的測定1、線偏振光的測定含義：確定是否是線偏振光；測定線偏振光的振動方向。出發(fā)點：馬呂斯定律半影式檢偏器：用以提高檢偏器方位的定位精度。θI0IPPA0θE=A0cosθ馬呂斯定律（1809）目前三十八頁\總數(shù)六十頁\編于十六點方法：采用1/4波片和檢偏器的方法。步驟：1）首先用檢偏器測定橢圓長軸的方位角和橢圓度tg 2）用1/4波片和檢偏器測定橢圓偏光的旋向。1）設(shè)x’oy’坐標(biāo)系中橢圓的瓊斯矩陣為xx’y’C2OA1A2

檢偏器透光軸與x’軸夾角是，其瓊斯矩陣為：2、橢圓偏振光的測定目前三十九頁\總數(shù)六十頁\編于十六點出射光的強(qiáng)度為：由此可找出光強(qiáng)最大的位置（θ=0，長軸位置），從而確定長軸與預(yù)定的x軸之間的夾角和橢圓度tg=A2/A1。目前四十頁\總數(shù)六十頁\編于十六點2）將1/4波片快軸與已找到的橢圓長軸方向一致xx’y’C2OA1A2若入射橢圓偏光為左旋時：出射光在二、四象限。若入射橢圓偏光為右旋時：出射光在一、三象限。這樣即可判斷橢圓偏光的旋向。目前四十一頁\總數(shù)六十頁\編于十六點§4-4偏振光的干涉一.偏振光干涉裝置d晶片Cθ偏振片P2偏振化方向自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向二.偏振光干涉的分析1.振幅關(guān)系在P2

后，兩束光振動方向平行P2P1CA1AeAoA2oA2eθα目前四十二頁\總數(shù)六十頁\編于十六點若兩束光之間有位相差位相差與波片和P1、P2取向有關(guān)。目前四十三頁\總數(shù)六十頁\編于十六點通過晶體C后:此兩束光合成為一束線偏振光通過P2

后:—相長干涉P1、P2同一象限，則無附加相差，2.相位關(guān)系xyAeP2P1A1AoA2oA2eC—相消干涉目前四十四頁\總數(shù)六十頁\編于十六點—相消干涉若單色光入射，且d不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋?！嚅L干涉P1、P2不同象限，存在附加相差P2P1yA1AoAeA2oA2eθαx目前四十五頁\總數(shù)六十頁\編于十六點三.色偏振白光入射，晶片d均勻屏上由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色這叫（顯）色偏振。若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。如

紅色相消→青色；藍(lán)色相消→黃色，

綠色相消→紫色；色偏振是檢驗材料有無雙折射效應(yīng)的靈敏方法，用顯微鏡觀察各種材料在白光下的色偏振，可以分析物質(zhì)內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu)─偏光顯微術(shù)。

目前四十六頁\總數(shù)六十頁\編于十六點§4-5人工雙折射人為地造成各向異性，而產(chǎn)生雙折射。一.光彈效應(yīng)(應(yīng)力雙折射效應(yīng))P1P2··dFSF干涉有機(jī)玻璃C應(yīng)力→各向異性→各向不同→n各向不同在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：C：材料系數(shù)；σ：應(yīng)力目前四十七頁\總數(shù)六十頁\編于十六點各處應(yīng)力不同→各處不同→出現(xiàn)干涉條紋

應(yīng)力變→變→干涉情況變。應(yīng)力雙折射可用來測光學(xué)元件的應(yīng)力，預(yù)測工件、構(gòu)件的應(yīng)力分布——光測彈性學(xué)預(yù)測地震…目前四十八頁\總數(shù)六十頁\編于十六點二.電光效應(yīng)電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng)1.克爾效應(yīng)(1875年)l+-4545P1P2克爾盒d克爾盒內(nèi)充某種液體，如硝基苯（C6H5NO2）。

不加電場→液體各向同性→P2不透光

加電場→液體呈單軸晶體性質(zhì)，目前四十九頁\總數(shù)六十頁\編于十六點——二次電光效應(yīng)

E—電場強(qiáng)度，k

—克爾常數(shù)克爾效應(yīng)引起的相位差為：克爾盒相當(dāng)于半波片，P2透光最強(qiáng)。時，加電場后，光軸平行于P2透光l+-4545P1P2克爾盒d目前五十頁\總數(shù)六十頁\編于十六點三.磁致雙折射科頓—穆頓效應(yīng)與電場的克爾效應(yīng)類似，磁場中相應(yīng)有科頓─穆頓(Cotton-Mouton)效應(yīng):某些透明液體在磁場H作用下變?yōu)楦飨虍愋?，性質(zhì)類似于單軸晶體，光軸平行磁場。HC──二次效應(yīng)

這種效應(yīng)很弱，需要很強(qiáng)的磁場才能觀察到。目前五十一頁\總數(shù)六十頁\編于十六點§4-6旋光現(xiàn)象一.物質(zhì)的旋光性

旋光物質(zhì)a—旋光率二.菲涅耳的解釋線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左(L)、右(R

)旋圓偏振光的合成。旋轉(zhuǎn)的角度：d（石英、氯酸鈉、糖的水溶液、酒石酸溶液、松節(jié)油等）有能使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，稱為旋光性

(opticalactivity)。沿光軸方向傳播沿其它方向傳播也有旋光現(xiàn)象，不易觀察目前五十二頁\總數(shù)六十頁\編于十六點EELER·o光通過旋光物質(zhì)后，初相要滯后ELERE(a)(b)ERELELR同一時刻(a)(b)d設(shè)入射時L、R初相為0，旋光物質(zhì)長d：左旋反之，右旋目前五十三頁\總數(shù)六十頁\編于十六點三.量糖術(shù)對溶液有──溶液的旋光率c──溶液的濃度──溶液的比旋光率“量糖計”四.磁致旋光d磁致旋光物質(zhì)B旋轉(zhuǎn)的角度

V─費德爾常量，目前五十四頁\總數(shù)六十頁\編于十六點

對自然旋光物質(zhì)，振動面的左旋或右旋是由旋光物質(zhì)本身決定的。

反射鏡入射光左旋反射鏡反射光左旋目前五十五頁\總