16.4X 光的双折射现象.pptVIP

* 16.4 光的双折射现象 这是由于一束自然光穿过各向异性的晶体（如方解石晶体）时，分解成两束折射光线，这种现象称为双折射. 现象：白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转. 一、双折射现象 双折射现象不仅产生于某些各向异性的晶体中，而且也产生于其它光学各向异性的介质中。 双折射现象中，一条折射光服从折射定律，光沿各方向的传播速度相同，各方向折射率 no 相同，且在入射面内传播，这条光线称为寻常光 ，简称 o光。 二、寻常光和非寻常光 另一条折射光不服从折射定律，光沿各方向的传播速度不同，各方向折射率 ne 不同，并且一般情况下，它不在入射面内，这条光线称为非寻常光，简称 e光。 光轴：在双折射晶体内存在一个特定的方向，在该方向上o光、e光的传播速度相同，折射率相同，两光线重合，不产生双折射. 如图，AB 两点的连线为光轴方向： 平行于光轴方向 o、e 光重合， 垂直于光轴方向 no 、ne 相差最大， o、e 光偏离最大. 不产生双折射现象。 这个方向称为晶体的光轴. 单轴晶体：具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体. 例如：方解石、石英等. 双轴晶体：具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体. 例如：云母、硫黄等。 o 光的振动方向垂直于其主平面， e 光的振动方向在它的主平面内. 光轴 方解石 主平面：晶体内任一光线和光轴所组成的平面, 称为此光线的主平面. 在一般情况下， o 光与 e 光的主平面不重合，因此 o 光与 e 光的振动方向一般相互不垂直. 但 o 光与 e 光主平面间的夹角通常很小，可认为 o 光与 e 光的振动方向相互垂直. 主截面：当光线入射在晶体表面时，晶体光轴与晶体表面法线方向所构成的平面，称为晶体的主截面. 当入射面就是主截面时(此时光轴在入射面内)，o 光与 e 光的主平面重合，并与晶体的主截面也重合. 此时，o 光与 e 光的振动方向是严格相互垂直的，即 o 光的振动方向垂直于主截面，e 光的振动方向平行于主截面. 光轴 光 光 主平面：晶体内任一光线和光轴所组成的平面, 称为此光线的主平面. 如方解石晶体 如石英晶体 正晶体: o 光传播较快、e 光传播较慢. 负晶体: o 光传播较慢、e 光传播较快. 正晶体与负晶体： 注意：我们所说的 o 光和 e 光是对晶体而言的，只有在晶体内才有 o 光和 e 光之分. 在离开晶体后，它们就只有振动方向的区别，而无 o 光和 e 光的区别了，这时只能说它们是振动方向不同的两束线偏振光. 例. 如图所示, ABCD 为一块方解石的一个截面，光轴方向在屏幕面内且与AB 成一锐角θ. 一束平行的单色自然光在屏幕面内垂直于 AB 端面入射. 在方解石内折射分解为 o 光和 e 光, 则 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. 答案：[ C ] (D) 传播方向不相同, 光矢量的振动方向相互不垂直. (C) 传播方向不相同, 光矢量的振动方向相互垂直. (B) 传播方向相同, 光矢量的振动方向相互不垂直. 由于光轴在入射面内, o 光、e 光的入射面就是晶体的主截面, 因此, 它们的光矢量的振动方向相互垂直. 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 负晶体，如方解石CaCO3 e光波面 o光波面 光轴方向 正晶体，如石英SiO2 A A 三、光的双折射现象的解释 1）平行光斜入射，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。 BE: o光波阵面 B BF: e光波阵面 2）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振光 3）平行光垂直入射，光轴在入射面内， 光轴垂直于晶体表面。 光轴 A E ? e B E’ ? O F’ F 出射光沿相同方向 (即光轴方向) 传播，具有相互垂直的偏振方向，传播速度相同，不产生双折射现象. 4）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 出射光沿相同方向传播，具有相互垂直的偏振方向，但传播速度和折射率都不相同，应看成产生了双折射