第四章 晶体光学与偏振光学 §4.1 晶体双折射 物理光学课件.pptVIP

第四章 晶体光学与偏振光学 §4.1 晶体双折射 晶体: 微观结构呈周期性或对称性；宏观物理性能呈各向异性。表现为：热传导、电导、电极化、磁化和光速的各向异性。 按光学性质划分的各向异性晶体有两类：单轴晶体（正单轴、负单轴）；双轴晶体。 4.1.1 双折射现象 1. o光与e光 　　各向异性晶体中： 　　 o光——遵守折射定律的光线——寻常光． 　　　e光——不遵守折射定律的光线——非常光． 　　　　　 　各向异性晶体中的特征方向和特征平面 ⑴.晶体的光轴 　　——晶体中不产生双折射现象的方向。 ⑵.主平面 　　——光线和光轴Ｚ组成的平面。有o主平面、e主平面。 ⑶.主截面 　　——光轴和晶体表面法线组成的平面。 　重要特性： 　　①若入射光线与主截面共面， 　　　　则o光线、e光线与入射光线、主截面共面。 　　 ②若o光线、e光线与主截面共面， 　　　则 2.伴随有偏振化 　① o光和e光都是线偏振光． 　　注意区分：Ｓ－与Ｐ－垂直； 　 ②　　永远与o主平面及光轴垂直． 　 ③　　永远在e主平面内，　与光轴的夹角随传播方向不同而不同． 4.1.2单轴晶体中的o光波面与e光波面 1. o光波面 ⑴球面 ; ⑵波速Vo ; ⑶折射率 2. e光波面 ⑴旋转椭球面（Z为旋转轴） ⑵波速Ve(ξ) ⑶折射率 注：ξ是光线与光轴的夹角。 3.正、负单轴晶体中的e光波 ⑴正晶体（o光快） ⑵负晶体（e光快） 4.说明: 　⑴光波面的实质是光波的速度面——①晶体中　方向传播的光波速度有　　　　 之分；②　与波面并不一定垂直；③波面不是等相位面。　 ⑵光波速度的变化依赖于光线对应电场强度矢量　　　与光轴Ｚ的夹角。 4.1.3.单轴晶体中的Huygens作图法 １.用途：确定晶体中折射、反射光波的传播方向。 ２.依据：①Huygens原理；②光波面特性。 ３.方法： ①明确入射面、主平面、主截面和晶体（正、负）属性。 ②以界面上同一入射光波面上的两个不同点为原点，以“新波面是同一时间间隔内光波的传播距离”为原则，确定新波面。 ＃常用的重要光波面特性： Ａ.o光波面与e光波面相切于光轴／沿光轴方向o光波速与e光波速相等； Ｂ.垂直于光轴方向o光波速Vo =c/no ，e光波速Ve =c/ne ③连接两新波面的公共切线即得新波面． ④连接入射光波面上的点与切点的连线即为折射、反射光线的方向。 o光波面与e光波面的作图： # 两个重要情形 1.晶片厚度均匀、光轴 平行于界面，光束垂直 入射． 　　出射光仍为一束， 但是其中的o光与e光之 间增加了相位差 依此原理制成的器件叫波片． 2.晶片厚度均匀、光轴任意取向，光束垂直入射． 　　→出射光为两束在空间分开的线偏振光． 图示：晶体内e光　和　之间产生夹角 式中：ξ角是　与光轴Ｚ的夹角； 　　　θ角是　与光轴Ｚ的夹角； 　　　　 和　分别是e光线方向和e波面法线方向． 说明： 1.e光线的　方向代表e光波的相位传播方向，也是e光波的能流传播方向． 2.　 只代表e光线的波面法线方向，具有鲜明的几何意义，并无直接的物理意义．其作用仅限于：在知道　　后，确定　 ． 小　　结 　　如图示，对应于单轴晶体表面的一个入射点， 必须注意： ①.６个方向：入射光线方向　；表面法线方向　；晶体光轴方向　；体内o光线方向　；体内e光线方向 　；体内e光波面 　法线方向　。 　②.４个面：入射面 　　　；主截面　　　； o光主平面　　　；e光线主平面　　　。　　 　③.４个角：　与光轴的夹角； 　　与光轴的夹角ξ；　与光轴 　的夹角θ；　与　　之间的夹 　角α。　 4.1.4.偏振特性计算 1.Malus 定律 式中： 是入射线偏振光强度； 是线偏振光电场矢量与入射线偏振光电场矢量成 角度的透射线偏振光的强度。 2.偏振度P——光束中偏振光强的比例。 3.消光比= 是同一光束中两个振动方向相互垂直分量的光强。 作业十六 1.在图示条件下,用作图法 确定负单轴晶体中光线的 传播方向和偏振状态. 2.波长550nm的线偏振光垂直入射到厚度为0.5mm石英晶体上,其振动方向与晶体光轴成30 0角,在晶体中沿垂直光轴方向传播,已知:　no=1.546, ne=1.555,　求： 　⑴o光和e光的振幅比 　⑵o光和e光的光强比 　⑶透射o光和e光的相位差 * * 本章欲解决的问题: 1.确定光在各向异性