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1、关于光在晶体的传播现在学习的是第1页，共50页16631663年，丹麦人年，丹麦人 哥本哈根大学数学教授哥本哈根大学数学教授 E.BartholinusE.Bartholinus 在冰岛发现了一种天然宝石：在冰岛发现了一种天然宝石： 冰洲石冰洲石 也叫方解石也叫方解石现在学习的是第2页，共50页方解石晶体方解石晶体 CaCO3现在学习的是第3页，共50页方解石晶体方解石晶体 CaCO3现在学习的是第4页，共50页方解石晶体方解石晶体 CaCO3现在学习的是第5页，共50页方解石晶体方解石晶体 CaCO3现在学习的是第6页，共50页方解石晶体方解石晶体 CaCO3现在学习的是第7页，共50页双折
2、射现象双折射现象 字透过方解石晶体成双像字透过方解石晶体成双像现在学习的是第8页，共50页光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时双双折折射射方解石方解石 晶体晶体现在学习的是第9页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第10页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第11页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第12页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方
3、解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第13页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第14页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第15页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第16页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第17页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第18页，共50
4、页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第19页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第20页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第21页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第22页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第23页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转
5、时当方解石晶体旋转时现在学习的是第24页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第25页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第26页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时现在学习的是第27页，共50页光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体一个像不动一个像不动(ordinary (ordinary 寻常寻常满足折射定律满足折射定律) )另一个像围绕其旋转另一个像围绕其旋转(extraordinary (extraordi
6、nary 非寻常非寻常 偏离折射定律偏离折射定律) )现在学习的是第28页，共50页一束自然光入射到方解石晶一束自然光入射到方解石晶体中一般将分成两束光体中一般将分成两束光遵从折射定律遵从折射定律一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律若用偏振器检查若用偏振器检查都是线偏振光都是线偏振光且偏振方向且偏振方向互相垂直。互相垂直。现在学习的是第29页，共50页现在学习的是第30页，共50页方解石晶体的光轴 通过AB AB 的直线方向，就是方解石晶体的 光轴方向与此平行通过晶体的直线都是光轴方向，常用表示 光轴不是哪一条直线，而是指光轴不是哪一条直线，而是指明了一个方向！明了一个方向！现在学习的是第31
7、页，共50页光轴方向：光轴方向：晶体中沿该方向传播的晶体中沿该方向传播的光无双折射现象光无双折射现象现在学习的是第32页，共50页方 解 石 o光和e光都是线偏振光，其光振动方向与晶体结构和光入射条件有关。为方便表征，定义两种平面：o o光和光和e e光的振动方向光的振动方向晶体的主截面晶体的主截面晶体光轴与某解理晶面法线确定的平面。对于某一晶面，主截面是一系列互相平行的平面，它们既包含光轴方向，又与该晶面正交（含该晶面的法线方向）109oo71某晶面法线方向光轴方向现在学习的是第33页，共50页任意方向入射 一般情况下这两个主平面不严格重合主平面主平面主平面（折射光线）主平面（折射光线）晶体
8、内某一折射线与光轴确定的平面。现在学习的是第34页，共50页若光线在晶体的某一主截面内入射主平面主平面晶体主截面三者共面三者共面即都在主截面和入射面内和现在学习的是第35页，共50页o、e光的振动方向光线在晶体主截面内入射iCCO光光 振动振动垂直于主截面e光光振动振动在主截面内方解石晶体主截面O光光e光光e光光O光光光线、都在主截面内并且都是线偏振光现在学习的是第36页，共50页o o光和光和e e光的传播速度与折射率光的传播速度与折射率假设方解石内有一单色点光源 S SO O光波速在方解石内波面是球面各向相等 光波速在光轴方向等于O光波速在其它方向大于O光波速在垂直光轴方向波速最大波面是椭
9、圆回旋面(回旋轴向为光轴方向)现在学习的是第37页，共50页光在晶体中传播的规律：光在晶体中传播的规律：1、晶体的双折射现象 当一束自然光入射到一些晶体上时，折射光分为两束传播方向不同且相互垂直偏振的线偏振光的现象。 O光 满足折射定律orninsinsin21 12sinsinnnrie e光 一般不满足折射定律现在学习的是第38页，共50页2、o光e光都是线偏振光，且偏振方向互相垂直。 方解石方解石oee o 所以，所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。利用双折射现象也可以获得线偏振光。（光线在晶体主截面内入射）现在学习的是第39页，共50页3、 晶体的光轴 当光当光在晶体内在晶体内沿某
10、个沿某个特殊方向特殊方向传播时不发生双折射，传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。该方向称为晶体的光轴。方解石晶体方解石晶体是由平行六面体构成的。是由平行六面体构成的。六面体每个面都是钝角六面体每个面都是钝角1021020 0和锐角和锐角78780 0的的 平行四边形。平行四边形。 * *光轴是一个特殊的方向光轴是一个特殊的方向凡平行于此方向的直线均为光轴。凡平行于此方向的直线均为光轴。* *只有一个光轴的晶体称只有一个光轴的晶体称单轴晶体单轴晶体（如方解石、石英、冰等）（如方解石、石英、冰等）* *有两个光轴的晶体称有两个光轴的晶体称双轴晶体双轴晶体（如云毋、硫磺、蓝宝石等）（如云毋、硫
11、磺、蓝宝石等）现在学习的是第40页，共50页 3、主平面晶体中某条晶体中某条光线光线与晶体与晶体光轴光轴构成的平面构成的平面, ,称为该光线的主平面。称为该光线的主平面。 （o o光和光和e e光的主平面可能重合，光的主平面可能重合， 也可能不重合。）也可能不重合。）e e光光光轴光轴e e光的光的主平面主平面o o光光光轴光轴o o光的光的主平面主平面O O 光振动垂直光振动垂直其其主平面主平面 e e 光振动在其主平面内。（记）光振动在其主平面内。（记）4、主截面 晶体晶体表面的法线表面的法线与晶体光轴构成的平面。与晶体光轴构成的平面。现在学习的是第41页，共50页5、晶体的主折射率o o
12、光沿各方向传播的速度相同为光沿各方向传播的速度相同为 v vo o （ o o 光只光只有一种光速有一种光速v vo o一种折射率一种折射率n no o 点波源发出的波面为点波源发出的波面为球面球面, ,振动方向始终垂直其主平面）振动方向始终垂直其主平面） 00vcn vo t光轴光轴 e e光沿光沿各方向传播的速度各方向传播的速度( (折射率折射率) )不同。不同。( (e e 光在平行于光轴方向上的速度与光在平行于光轴方向上的速度与o o光的光的速度相同为速度相同为v vo o; e ; e 光在垂直光轴方向上的光在垂直光轴方向上的速度与速度与o o光的速度相差最大，记为光的速度相差最大，
13、记为 v ve e ，定，定义其相应的折射率为义其相应的折射率为 n ne e ; ;e e光光点波源发出点波源发出的波面为椭球面的波面为椭球面, ,振动方向始终在其主平振动方向始终在其主平面内面内) )光轴光轴ve tvo teevcn no，ne称为晶体的主折射率。称为晶体的主折射率。现在学习的是第42页，共50页正晶体（正晶体（如石英、冰等）如石英、冰等） 负晶体负晶体（如方解石、红如方解石、红 宝石等）宝石等） (vo ve ) vo tve t光轴光轴 负晶体负晶体 (vo ve) 6、晶体的类型 ne eno o (vo ve) ne eno o现在学习的是第43页，共50页晶体双
14、折射现象的典型应用一.偏振器件 用于产生或检验线偏振光的光学元件偏振棱镜原理图偏振棱镜原理图偏振棱镜实物图偏振棱镜实物图现在学习的是第44页，共50页晶体双折射现象的典型应用二.波片(位相延迟片) 用于改变光波偏振状态的光学元件波片原理图波片原理图现在学习的是第45页，共50页晶体双折射现象的典型应用波片实物图波片实物图现在学习的是第46页，共50页以上我们看到的是晶体双折射现象 的规律 隐藏在现象背后的物理 根源 是什么？现在学习的是第47页，共50页经典电磁理论： 光是通过激化晶体中的电子而传播的，电子受外电场影响而辐射次级电磁波，光是通过激化晶体中的电子而传播的，电子受外电场影响而辐射次
15、级电磁波，这些次级电磁波合成折射波。折射波的传播速度取决于外电场频率与电子在该方向这些次级电磁波合成折射波。折射波的传播速度取决于外电场频率与电子在该方向上的本征频率之差。在各向同性介质中：上的本征频率之差。在各向同性介质中： EPED 0EEPEDe)1(00 zyxeeeeeeeeeZYxEEEpPP3332312322211312110 如果电子处在不对称如果电子处在不对称（各向异性各向异性）的内场中，）的内场中，其本征频率因方向而异，其本征频率因方向而异，亦即折射波的传播速度亦即折射波的传播速度因方向而异。因方向而异。现在学习的是第48页，共50页谢 谢 ！现在学习的是第49页，共50页感谢大家观看8/21/2022现在学习的是第50页，共50页