1、光在晶體中的傳播,1663年，丹麥人 哥本哈根大學(xué)數(shù)學(xué)教授 E.Bartholinus 在冰島發(fā)現(xiàn)了一種天然寶石： 冰洲石 也叫方解石,方解石晶體 CaCO3,方解石晶體 CaCO3,方解石晶體 CaCO3,方解石晶體 CaCO3,方解石晶體 CaCO3,雙折射現(xiàn)象,字透過方解石晶體成雙像,光,光,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),雙 折 射,紙面,方解石 晶體,光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶

2、體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶

3、體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,返回,結(jié)束,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí),光,光,雙 折 射,紙面,方解石 晶體,返回,結(jié)束,一個(gè)像不動(dòng),(ordinary 尋常滿足折射定律),另一個(gè)像圍繞其旋轉(zhuǎn),(extraordinary 非尋常 偏離折射定律),一束自然光入射到方解石晶體中一般將分成兩束光,方解石晶體的光軸,通過AB 的直線方向，就是方解石晶體的 光軸方向, 光軸不是哪一條直線，而是指明了

4、一個(gè)方向！,光軸方向： 晶體中沿該方向傳播的光無雙折射現(xiàn)象,o光和e光都是線偏振光，其光振動(dòng)方向與晶體結(jié)構(gòu)和光入射條件有關(guān)。為方便表征，定義兩種平面：,o光和e光的振動(dòng)方向,對(duì)于某一晶面，主截面是一系列互相平行的平面，它們既包含光軸方向，又與該晶面正交（含該晶面的法線方向）,一般情況下這兩個(gè)主平面不嚴(yán)格重合,o、e光的振動(dòng)方向,光線在晶體主截面內(nèi)入射,方解石晶體主截面,o光和e光的傳播速度與折射率,假設(shè)方解石內(nèi)有一單色點(diǎn)光源 S,光在晶體中傳播的規(guī)律：,1、晶體的雙折射現(xiàn)象,當(dāng)一束自然光入射到一些晶體上時(shí)，折射光分為兩束傳播方向不同且相互垂直偏振的線偏振光的現(xiàn)象。,O光 滿足折射定律,e光 一

5、般不滿足折射定律,2、o光e光都是線偏振光，且偏振方向互相垂直。,所以，利用雙折射現(xiàn)象也可以獲得線偏振光。,（光線在晶體主截面內(nèi)入射）,3、 晶體的光軸,當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。,方解石晶體是由平行六面體構(gòu)成的。,六面體每個(gè)面都是鈍角1020和銳角780的 平行四邊形。,*光軸是一個(gè)特殊的方向凡平行于此方向的直線均為光軸。,*只有一個(gè)光軸的晶體稱單軸晶體（如方解石、石英、冰等）,*有兩個(gè)光軸的晶體稱雙軸晶體（如云毋、硫磺、藍(lán)寶石等）,3、主平面,晶體中某條光線與晶體光軸構(gòu)成的平面,稱為該光線的主平面。 （o光和e光的主平面可能重合， 也可能不重合。）

6、,O 光振動(dòng)垂直其主平面 e 光振動(dòng)在其主平面內(nèi)。（記）,4、主截面 晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。,5、晶體的主折射率,o光沿各方向傳播的速度相同為 vo （ o 光只有一種光速vo一種折射率no 點(diǎn)波源發(fā)出的波面為球面,振動(dòng)方向始終垂直其主平面）,e光沿各方向傳播的速度(折射率)不同。(e 光在平行于光軸方向上的速度與o光的速度相同為vo; e 光在垂直光軸方向上的速度與o光的速度相差最大，記為 ve ，定義其相應(yīng)的折射率為 ne ;e光點(diǎn)波源發(fā)出的波面為橢球面,振動(dòng)方向始終在其主平面內(nèi)),no，ne稱為晶體的主折射率。,正晶體（如石英、冰等）,負(fù)晶體（如方解石、紅 寶石等）,(vo ve ),6、晶體的類型,neno (vo ve),neno,晶體雙折射現(xiàn)象的典型應(yīng)用,一.偏振器件 用于產(chǎn)生或檢驗(yàn)線偏振光的光學(xué)元件,偏振棱鏡原理圖,偏振棱鏡實(shí)物圖,晶體雙折射現(xiàn)象的典型應(yīng)用,二.波片(位相延遲片) 用于改變光波偏振狀態(tài)的光學(xué)元件,波片原理圖,晶體雙折射現(xiàn)象的典型應(yīng)用,波片實(shí)物圖,以上我們看到的是晶體雙折射現(xiàn)象 的規(guī)律,隱藏在現(xiàn)象背后的物理 根源 是什么？,經(jīng)典電磁理論：,光是通過激化晶體中的電子而傳播的，電子受外電場(chǎng)影響而輻射次級(jí)電磁波，這些