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1、光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射光学教程第六章双折射 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射研究的主要问题：研究的主要问题：晶体与晶格的概念；晶体与晶格的概念；折射率椭球、折射率椭球、o o光与光与e e光；光；偏振棱镜、偏振光的干涉。偏振棱镜、偏振光的干涉。要点：要点：1.1.各向异性与折射率椭球；各向异性与折射率椭球；2.o 2.o光与光与e e
2、光的性质与应用。光的性质与应用。10/25/20221光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射双折射晶体产生偏振光双折射晶体产生偏振光e光光ren1n2i(各向异性媒质各向异性媒质)自然光自然光o光光roO(ordinary)O(ordinary)光光:遵从折射定律遵从折射定律ee(extraordinary)(extraordinary)光光:一一般般不不遵遵从从折折射射定律定律e e光折射线也不一定在入射面内。光折射线也不一定在入射面内。方解石方解石 oe1 1）寻常光和非寻常光）寻常光和非寻常光说明：说明：*o光光、e光光 在双折射晶体内部才有意义。在双折射
3、晶体内部才有意义。*双折射双折射原因原因:是各向异性晶体对两光束有不同的是各向异性晶体对两光束有不同的 折射率，不同的传播速度折射率，不同的传播速度.o 光和光和 e 光都是线偏振光光都是线偏振光,一定条件下其偏振方向相互垂直一定条件下其偏振方向相互垂直.10/25/20222光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射2 2）晶体的光轴晶体的光轴晶晶体体的的光光轴轴：光光沿沿着着该该方方向向在在晶晶体体内内传传播时播时不发生双折射。不发生双折射。例如，方解石晶体例如，方解石晶体(CaCO(CaCO3 3)光轴光轴AB102注注：光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向,
4、凡凡平平行行于于此此方方向向的直线均为的直线均为光轴光轴。单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体双轴晶体：双轴晶体：两个光轴，如云母和硫磺。两个光轴，如云母和硫磺。主平面主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。构成的平面。o o光偏振方向垂直主平面光偏振方向垂直主平面,e e光偏振方向平行主平面光偏振方向平行主平面.主截面：主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。成的平面。e光光光轴光轴e 光光 的的主平面主平面o光光光轴光轴o光光 的的主平面主平面10/25/20223光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传
5、播双折射光在晶体中的传播双折射注意：注意：重点研究：重点研究：*o光、光、e 光的主平面不一定重合光的主平面不一定重合o光的振动方向光的振动方向 o光的主平面光的主平面e光的振动方向光的振动方向/e 光的主平光的主平面面（1）入射光在主截面内）入射光在主截面内 （2）主平面、主截面重合为同一平面）主平面、主截面重合为同一平面 （3）o光光振动方向振动方向 e光光振动方向振动方向*主平面，主截面不一定重合主平面，主截面不一定重合e光光光轴光轴e 光光 的的主平面主平面o光光光轴光轴o光光 的的主平面主平面*图图 示示10/25/20224光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中
6、的传播双折射晶体折射率椭球10/25/20225光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射一、基本原理基本原理用惠更斯原理解释双折射现象用惠更斯原理解释双折射现象uo t光轴光轴o光光:各方向速度相同：各方向速度相同：其波阵面为球面其波阵面为球面。e光光:各方向速度不相同：各方向速度不相同：其波阵面为其波阵面为旋转椭球球面。旋转椭球球面。平行光轴的方向上：平行光轴的方向上：垂直光轴的方向上：垂直光轴的方向上：光轴光轴ue tuo t光轴光轴ue tuo t noo，ne(垂直方向垂直方向)称为称为晶体的主折射率。晶体的主折射率。10/25/20226光学教程专题光学
7、教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射ne no ne no 正晶体正晶体 如石英如石英 负晶体负晶体 如方解石如方解石uo tue t光轴光轴 子波源子波源子波源子波源uo tue t光轴光轴 ueuo两种相切法：两种相切法：外切外切正晶体正晶体:内切内切负晶体负晶体:惠更斯作图法惠更斯作图法(ueuo)例例:光光轴轴平平行行晶晶体体表表面面和和入射面入射面,自然光入射自然光入射速度上是分开的速度上是分开的光轴光轴eeoo方方 解解石石 晶晶体体光轴光轴oe10/25/20227光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示课件展示图图图图
8、1 1 晶体晶体晶体晶体o o光和光和光和光和e e光折射率椭球光折射率椭球光折射率椭球光折射率椭球 课件主要课件主要课件主要课件主要展示三维描述展示三维描述展示三维描述展示三维描述单轴双折射晶单轴双折射晶单轴双折射晶单轴双折射晶体的折射率椭体的折射率椭体的折射率椭体的折射率椭球，以帮助进球，以帮助进球，以帮助进球，以帮助进一步学习和认一步学习和认一步学习和认一步学习和认识，如图识，如图识，如图识，如图1 1 1 1。10/25/20228光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射图图图图2 2 负晶体的内切折射率椭球负晶体的内切折射率椭球负晶体的内切折射率椭球负晶
9、体的内切折射率椭球 图图图图3 3 转动观察方向的情况转动观察方向的情况转动观察方向的情况转动观察方向的情况 通过调节右方参数栏，可以改变晶体通过调节右方参数栏，可以改变晶体通过调节右方参数栏，可以改变晶体通过调节右方参数栏，可以改变晶体o o o o光光光光e e e e光的光的光的光的主折射率，如图主折射率，如图主折射率，如图主折射率，如图2 2 2 2是负晶体的内切折射率椭球；转是负晶体的内切折射率椭球；转是负晶体的内切折射率椭球；转是负晶体的内切折射率椭球；转动观察方向可以看到更细致的情况。动观察方向可以看到更细致的情况。动观察方向可以看到更细致的情况。动观察方向可以看到更细致的情况。
10、通过本课件可以考虑光束沿不同方向行进时的通过本课件可以考虑光束沿不同方向行进时的通过本课件可以考虑光束沿不同方向行进时的通过本课件可以考虑光束沿不同方向行进时的波面形状问题。波面形状问题。波面形状问题。波面形状问题。10/25/20229光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射晶体的惠更斯作图法10/25/202210光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射1.1.光轴平行于折射表面并平行于入射面光轴平行于折射表面并平行于入射面光轴平行于折射表面并平行于入射面光轴平行于折射表面并平行于入射面10/25/202211光学教程专题光学教程
11、专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射2.2.光轴平行于折射表面并垂直于入射面光轴平行于折射表面并垂直于入射面光轴平行于折射表面并垂直于入射面光轴平行于折射表面并垂直于入射面10/25/202212光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射3.3.光轴垂直于折射表面并平行于入射面光轴垂直于折射表面并平行于入射面光轴垂直于折射表面并平行于入射面光轴垂直于折射表面并平行于入射面10/25/202213光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示课件展示图图图图1 1 光束均到达晶体表面光束均到达晶体表面光束均到达晶体表面
12、光束均到达晶体表面图图图图2 2 根据波面确定公切点根据波面确定公切点根据波面确定公切点根据波面确定公切点 课件通过对课件通过对课件通过对课件通过对o o o o光和光和光和光和e e e e光折射率椭球的切割，获得光折射率椭球的切割，获得光折射率椭球的切割，获得光折射率椭球的切割，获得三个特殊方向在光束传播方向的波速和波面，然后三个特殊方向在光束传播方向的波速和波面，然后三个特殊方向在光束传播方向的波速和波面，然后三个特殊方向在光束传播方向的波速和波面，然后按惠更斯原理对晶体内沿三个特殊方向的光束进行按惠更斯原理对晶体内沿三个特殊方向的光束进行按惠更斯原理对晶体内沿三个特殊方向的光束进行按惠
13、更斯原理对晶体内沿三个特殊方向的光束进行作图，其步骤分别如图作图，其步骤分别如图作图，其步骤分别如图作图，其步骤分别如图1,2,31,2,31,2,31,2,3。10/25/202214光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射图图图图3 3 根据公切点确定方向根据公切点确定方向根据公切点确定方向根据公切点确定方向图图图图4 4 入射角改变的情况入射角改变的情况入射角改变的情况入射角改变的情况 通过调节右方参数栏，可以改变晶体通过调节右方参数栏，可以改变晶体通过调节右方参数栏，可以改变晶体通过调节右方参数栏，可以改变晶体o o o o光光光光e e e e光的光的光
14、的光的主折射率，从而改变晶体内光束传播的方向。主折射率，从而改变晶体内光束传播的方向。主折射率，从而改变晶体内光束传播的方向。主折射率，从而改变晶体内光束传播的方向。必须必须必须必须注意注意注意注意，改变入射角后需要重新按左下方的启动按钮，改变入射角后需要重新按左下方的启动按钮，改变入射角后需要重新按左下方的启动按钮，改变入射角后需要重新按左下方的启动按钮，重新进行传播才能获得此时正确的光束传播，否则重新进行传播才能获得此时正确的光束传播，否则重新进行传播才能获得此时正确的光束传播，否则重新进行传播才能获得此时正确的光束传播，否则将导致错误，如图将导致错误，如图将导致错误，如图将导致错误，如图
15、4 4 4 4。10/25/202215光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射4)4)利用双折射获得线偏振光利用双折射获得线偏振光*晶体的二向色性、晶体偏振器晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对某些晶体对o光和光和e光的吸收不同光的吸收不同 光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴晶体的晶体的二向色性二向色性*偏振棱镜偏振棱镜10/25/202216光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射格兰-汤普森棱镜10/25/202217光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射*偏振棱镜偏振棱镜 例例:格兰格兰汤普森棱
16、镜汤普森棱镜光轴的取向使光轴的取向使o光、光、e光对应分别为光对应分别为no、ne no(1.655)ne(1.486)n(1.655)e 光从波密光从波密波疏，全反射临界角：波疏，全反射临界角：光轴光轴方解石方解石玻璃玻璃(n=1.655)eo i 树胶树胶(n=1.655)10/25/202218光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示图图图图1 1 格兰格兰格兰格兰-汤普森棱镜汤普森棱镜汤普森棱镜汤普森棱镜图图图图2 2 不同视角观察不同视角观察不同视角观察不同视角观察 课件主要展示自然光经格兰课件主要展示自然光经格兰课件主要展示自然光经格兰课件
17、主要展示自然光经格兰-汤普森棱镜期汤普森棱镜期汤普森棱镜期汤普森棱镜期间，其在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状间，其在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状间，其在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状间，其在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，态，态，态，如图如图如图如图1 1。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图2 2。10/25/202219光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射尼科耳棱镜10/25/202220光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在
18、晶体中的传播双折射一、基本原理 尼尼尼尼科耳棱镜是使用最广泛的双折射偏振器科耳棱镜是使用最广泛的双折射偏振器科耳棱镜是使用最广泛的双折射偏振器科耳棱镜是使用最广泛的双折射偏振器件。它将冰洲石晶体沿垂直主截面件。它将冰洲石晶体沿垂直主截面件。它将冰洲石晶体沿垂直主截面件。它将冰洲石晶体沿垂直主截面ACCAACCA且过且过且过且过对角线对角线对角线对角线CACA的平面的平面的平面的平面CEAFCEAF剖开磨平，然后再剖开磨平，然后再剖开磨平，然后再剖开磨平，然后再用加拿大树胶黏合。用加拿大树胶黏合。用加拿大树胶黏合。用加拿大树胶黏合。加拿大树胶折射率介于冰洲石加拿大树胶折射率介于冰洲石加拿大树胶折
19、射率介于冰洲石加拿大树胶折射率介于冰洲石n no o和和和和n ne e之间，如对于之间，如对于之间，如对于之间，如对于钠黄光，钠黄光，钠黄光，钠黄光，n n=1.55,=1.55,n no o=1.65836,=1.65836,n ne e=1.48541=1.48541。由于以上因此。由于以上因此。由于以上因此。由于以上因此平行于平行于平行于平行于AAAA的入射光进入晶体后，的入射光进入晶体后，的入射光进入晶体后，的入射光进入晶体后，o o光将以大于临界角的光将以大于临界角的光将以大于临界角的光将以大于临界角的入射角透射到剖面上，因全反射而偏折；入射角透射到剖面上，因全反射而偏折；入射角透
20、射到剖面上，因全反射而偏折；入射角透射到剖面上，因全反射而偏折；e e光则从尼科光则从尼科光则从尼科光则从尼科耳棱镜中射出称为单一的线偏振光。耳棱镜中射出称为单一的线偏振光。耳棱镜中射出称为单一的线偏振光。耳棱镜中射出称为单一的线偏振光。10/25/202221光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示图图图图1 1 尼科耳棱镜尼科耳棱镜尼科耳棱镜尼科耳棱镜图图图图2 2 不同视角观察不同视角观察不同视角观察不同视角观察 课件主要展示自然光经尼科耳棱镜期间，其在课件主要展示自然光经尼科耳棱镜期间，其在课件主要展示自然光经尼科耳棱镜期间，其在课件主要展示自
21、然光经尼科耳棱镜期间，其在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，如图如图如图如图1 1。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图2 2。10/25/202222光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射渥拉斯顿棱镜10/25/202223光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射一、基本原理 渥拉斯顿棱镜是由渥拉斯顿棱镜是由渥拉斯顿棱
22、镜是由渥拉斯顿棱镜是由两块冰洲石的直角三棱两块冰洲石的直角三棱两块冰洲石的直角三棱两块冰洲石的直角三棱镜黏合而成的，其光轴镜黏合而成的，其光轴镜黏合而成的，其光轴镜黏合而成的，其光轴方向如图所示，彼此垂方向如图所示，彼此垂方向如图所示，彼此垂方向如图所示，彼此垂直。当自然光正入射到直。当自然光正入射到直。当自然光正入射到直。当自然光正入射到第一块棱镜时，仍然保第一块棱镜时，仍然保第一块棱镜时，仍然保第一块棱镜时，仍然保持垂直入射形式，但已持垂直入射形式，但已持垂直入射形式，但已持垂直入射形式，但已经在内部发生双折射。经在内部发生双折射。经在内部发生双折射。经在内部发生双折射。到了第二块棱镜，光
23、线到了第二块棱镜，光线到了第二块棱镜，光线到了第二块棱镜，光线发生折射，使发生折射，使发生折射，使发生折射，使o o光和光和光和光和e e光光光光彼此分离。彼此分离。彼此分离。彼此分离。10/25/202224光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示图图图图1 1 渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜图图图图2 2 不同视角观察不同视角观察不同视角观察不同视角观察 课件主要展示自然光经渥拉斯顿棱镜期间，其课件主要展示自然光经渥拉斯顿棱镜期间，其课件主要展示自然光经渥拉斯顿棱镜期间，其课件主要展示自然光经渥拉斯顿棱镜期间，其在交界面处的透射和
24、反射光的偏振方向的状态，在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，在交界面处的透射和反射光的偏振方向的状态，如如如如图图图图1 1。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图。转换视角可以进行三维观察，如图2 2。10/25/202225光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射一、基本原理基本原理*波晶片波晶片相位延迟片相位延迟片波晶片是光轴平行表面的晶体薄片。波晶片是光轴平行表面的晶体薄片。通过厚为通过厚为d的晶片，的晶片，o、e光不可分开，光不可分开，但产生光程差：但
25、产生光程差：光轴光轴 出射时位相改变：出射时位相改变：四分之一波片四分之一波片二分之一波片二分之一波片全波片全波片可见：可见：一定，选择一定，选择d d 可使两分振动产生任意位相差可使两分振动产生任意位相差。几种常用几种常用的波晶片的波晶片10/25/202226光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射偏振光经四分之一波片后的偏振态10/25/202227光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射 =0 /2 3/4 /4 5/43/2 7/4 =振动方向相互垂直、频率相等的两个简谐振动的合成振动方向相互垂直、频率相等的两个简谐振动的合
26、成设两振动为：设两振动为：消去消去t 10/25/202228光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示图图图图1 1 一般情况一般情况一般情况一般情况图图图图2 2 线偏振光透视线偏振光透视线偏振光透视线偏振光透视 课件着重展示了偏振光通过课件着重展示了偏振光通过课件着重展示了偏振光通过课件着重展示了偏振光通过 /4/4/4/4玻片后，由于玻片后，由于玻片后，由于玻片后，由于产生产生产生产生 /2/2/2/2相位差而形成的振动方向的变化，共有三相位差而形成的振动方向的变化，共有三相位差而形成的振动方向的变化，共有三相位差而形成的振动方向的变化，共有三个
27、场景。基本形貌如图个场景。基本形貌如图个场景。基本形貌如图个场景。基本形貌如图1 1 1 1，水平旋转视角至光束行，水平旋转视角至光束行，水平旋转视角至光束行，水平旋转视角至光束行进方向，则可明显观察到光束振动方向的转移，如进方向，则可明显观察到光束振动方向的转移，如进方向，则可明显观察到光束振动方向的转移，如进方向，则可明显观察到光束振动方向的转移，如图图图图2 2 2 2为线偏振光转为圆偏振光情况。为线偏振光转为圆偏振光情况。为线偏振光转为圆偏振光情况。为线偏振光转为圆偏振光情况。10/25/202229光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射图图图图3 3
28、圆偏振光透视圆偏振光透视圆偏振光透视圆偏振光透视图图图图4 4 椭圆偏振光透视椭圆偏振光透视椭圆偏振光透视椭圆偏振光透视 第二个场景为圆偏振光，转动视角，如图第二个场景为圆偏振光，转动视角，如图第二个场景为圆偏振光，转动视角，如图第二个场景为圆偏振光，转动视角，如图3 3 3 3，清晰可见圆偏振光经过清晰可见圆偏振光经过清晰可见圆偏振光经过清晰可见圆偏振光经过 /4/4/4/4玻片已转变为线偏振光；玻片已转变为线偏振光；玻片已转变为线偏振光；玻片已转变为线偏振光；而第三个场景为椭圆偏振光，仍然转动视角，如而第三个场景为椭圆偏振光，仍然转动视角，如而第三个场景为椭圆偏振光，仍然转动视角，如而第三
29、个场景为椭圆偏振光，仍然转动视角，如图图图图4 4 4 4，可见椭圆偏振光已转变为长轴方向变化的另，可见椭圆偏振光已转变为长轴方向变化的另，可见椭圆偏振光已转变为长轴方向变化的另，可见椭圆偏振光已转变为长轴方向变化的另一个椭圆偏振光。一个椭圆偏振光。一个椭圆偏振光。一个椭圆偏振光。10/25/202230光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射平行偏振光干涉10/25/202231光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射一、基本原理基本原理偏振光干涉的基本光路如下：偏振光干涉的基本光路如下：偏振光干涉的基本光路如下：偏振光干涉的基本光
30、路如下：起偏器起偏器波晶片波晶片EeEo检偏器检偏器单色单色自然光自然光10/25/202232光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射 系统中，系统中，系统中，系统中，单色自然光经起偏器转为线偏光后，单色自然光经起偏器转为线偏光后，单色自然光经起偏器转为线偏光后，单色自然光经起偏器转为线偏光后，线偏光在在波晶片上分解为线偏光在在波晶片上分解为线偏光在在波晶片上分解为线偏光在在波晶片上分解为o o o o光和光和光和光和e e e e光两部分，如图光两部分，如图光两部分，如图光两部分，如图所示；经过波晶片的所示；经过波晶片的所示；经过波晶片的所示；经过波晶片的o
31、o o o光和光和光和光和e e e e光出射时相位改变：光出射时相位改变：光出射时相位改变：光出射时相位改变：AAoAe 光轴光轴P振幅关系：振幅关系：彼此振动方向垂直的彼此振动方向垂直的彼此振动方向垂直的彼此振动方向垂直的o o o o光和光和光和光和e e e e光再经检偏器后，偏振光再经检偏器后，偏振光再经检偏器后，偏振光再经检偏器后，偏振方向一致（强度按马吕斯定律变化），符合干涉条方向一致（强度按马吕斯定律变化），符合干涉条方向一致（强度按马吕斯定律变化），符合干涉条方向一致（强度按马吕斯定律变化），符合干涉条件，由此产生干涉。件，由此产生干涉。件，由此产生干涉。件，由此产生干涉。1
32、0/25/202233光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示课件展示图图图图1 1 平行偏振光干涉平行偏振光干涉平行偏振光干涉平行偏振光干涉 课件展示课件展示课件展示课件展示了平行偏振光了平行偏振光了平行偏振光了平行偏振光干涉的基本光干涉的基本光干涉的基本光干涉的基本光路和光束偏振路和光束偏振路和光束偏振路和光束偏振方向的变化，方向的变化，方向的变化，方向的变化，如图如图如图如图1 1 1 1。图中。图中。图中。图中入射光、入射光、入射光、入射光、o o o o光、光、光、光、e e e e光和经检偏光和经检偏光和经检偏光和经检偏器的出射光均器的出射
33、光均器的出射光均器的出射光均给出了振动方给出了振动方给出了振动方给出了振动方向和强度示意向和强度示意向和强度示意向和强度示意表达。表达。表达。表达。10/25/202234光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射图图图图2 2 参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况 通过改变右通过改变右通过改变右通过改变右方的参数栏，可方的参数栏，可方的参数栏，可方的参数栏，可以改变起偏器和以改变起偏器和以改变起偏器和以改变起偏器和检偏器角度及玻检偏器角度及玻检偏器角度及玻检偏器角度及玻片的相关参数，片的相关参数，片的相关参数，片的相关参数，从而观察其对
34、最从而观察其对最从而观察其对最从而观察其对最终干涉强度的影终干涉强度的影终干涉强度的影终干涉强度的影响，如图响，如图响，如图响，如图2 2 2 2。10/25/202235光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射偏振光劈尖干涉10/25/202236光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射偏振光的干涉光路示意：偏振光的干涉光路示意：起偏器起偏器波晶片波晶片EeEo检偏器检偏器单色单色自然光自然光10/25/202237光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示课件展示图图图图1 1 偏振光劈尖干
35、涉偏振光劈尖干涉偏振光劈尖干涉偏振光劈尖干涉 课件展示了课件展示了课件展示了课件展示了偏振光劈尖干涉偏振光劈尖干涉偏振光劈尖干涉偏振光劈尖干涉的系统和干涉条的系统和干涉条的系统和干涉条的系统和干涉条纹分布，如图纹分布，如图纹分布，如图纹分布，如图1 1 1 1。由于波晶片劈尖由于波晶片劈尖由于波晶片劈尖由于波晶片劈尖厚度对相位的影厚度对相位的影厚度对相位的影厚度对相位的影响，图中左方给响，图中左方给响，图中左方给响，图中左方给出了相应的偏振出了相应的偏振出了相应的偏振出了相应的偏振光波形传播示意。光波形传播示意。光波形传播示意。光波形传播示意。10/25/202238光学教程专题光学教程专题
36、光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射图图图图2 2 参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况 通过改变右通过改变右通过改变右通过改变右方的参数栏，设方的参数栏，设方的参数栏，设方的参数栏，设置观察位置置观察位置置观察位置置观察位置X X X X，然后可以调节观然后可以调节观然后可以调节观然后可以调节观察位置察位置察位置察位置Y Y Y Y，观察，观察，观察，观察不同不同不同不同Y Y Y Y坐标时波坐标时波坐标时波坐标时波晶片尖劈对偏振晶片尖劈对偏振晶片尖劈对偏振晶片尖劈对偏振光波形分布的影光波形分布的影光波形分布的影光波形分布的影响，如图响，如图响，如图响，如
37、图2 2 2 2。其。其。其。其他参数的调节也他参数的调节也他参数的调节也他参数的调节也可以获得满意的可以获得满意的可以获得满意的可以获得满意的结果。结果。结果。结果。10/25/202239光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射尖劈形波晶片干涉10/25/202240光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示课件展示图图图图1 1 尖劈形波晶片干涉尖劈形波晶片干涉尖劈形波晶片干涉尖劈形波晶片干涉 课件展示了课件展示了课件展示了课件展示了尖劈形波晶片干尖劈形波晶片干尖劈形波晶片干尖劈形波晶片干涉的系统和干涉涉的系统和干涉涉
38、的系统和干涉涉的系统和干涉条纹分布，如图条纹分布，如图条纹分布，如图条纹分布，如图1 1 1 1。图中用单色。图中用单色。图中用单色。图中用单色平行光入射到尖平行光入射到尖平行光入射到尖平行光入射到尖劈形波晶片上，劈形波晶片上，劈形波晶片上，劈形波晶片上，计算由于波晶片计算由于波晶片计算由于波晶片计算由于波晶片厚度增加形成由厚度增加形成由厚度增加形成由厚度增加形成由上而下的相位差上而下的相位差上而下的相位差上而下的相位差变化，从而获得变化，从而获得变化，从而获得变化，从而获得干涉条纹分布。干涉条纹分布。干涉条纹分布。干涉条纹分布。10/25/202241光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传
39、播双折射光在晶体中的传播双折射图图图图2 2 参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况 通过改变右通过改变右通过改变右通过改变右方的参数栏，可方的参数栏，可方的参数栏，可方的参数栏，可以调节波长、波以调节波长、波以调节波长、波以调节波长、波晶片底面厚度等晶片底面厚度等晶片底面厚度等晶片底面厚度等参数，观察干涉参数，观察干涉参数，观察干涉参数，观察干涉条纹的变化，如条纹的变化，如条纹的变化，如条纹的变化，如图图图图2 2 2 2。10/25/202242光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射白光尖劈形波晶片干涉10/25/202243光学教
40、程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射二、课件展示课件展示图图图图1 1 白光白光白光白光尖劈形波晶片干涉尖劈形波晶片干涉尖劈形波晶片干涉尖劈形波晶片干涉 课件展示了课件展示了课件展示了课件展示了尖劈形波晶片干尖劈形波晶片干尖劈形波晶片干尖劈形波晶片干涉的系统和白光涉的系统和白光涉的系统和白光涉的系统和白光入射时的干涉条入射时的干涉条入射时的干涉条入射时的干涉条纹分布，如图纹分布，如图纹分布，如图纹分布，如图1 1 1 1。用各色平行光入用各色平行光入用各色平行光入用各色平行光入射到尖劈形波晶射到尖劈形波晶射到尖劈形波晶射到尖劈形波晶片上，计算由于片上，计算由于片上，
41、计算由于片上，计算由于波晶片厚度增加波晶片厚度增加波晶片厚度增加波晶片厚度增加形成由上而下的形成由上而下的形成由上而下的形成由上而下的相位差变化，非相位差变化，非相位差变化，非相位差变化，非相干叠加获得干相干叠加获得干相干叠加获得干相干叠加获得干涉条纹分布。涉条纹分布。涉条纹分布。涉条纹分布。10/25/202244光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射图图图图2 2 参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况参数改变后的情况 通过改变右通过改变右通过改变右通过改变右方的参数栏，可方的参数栏，可方的参数栏，可方的参数栏，可以调节波晶片折以调节波晶片折以调节
42、波晶片折以调节波晶片折射率、底面厚度射率、底面厚度射率、底面厚度射率、底面厚度等参数，观察相等参数，观察相等参数，观察相等参数，观察相应参数对白光干应参数对白光干应参数对白光干应参数对白光干涉条纹的影响，涉条纹的影响，涉条纹的影响，涉条纹的影响，如图如图如图如图2 2 2 2。10/25/202245光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射AAoAe 光轴光轴P振幅关系：振幅关系：即：即：一束线偏振光经一束线偏振光经1/41/4晶片晶片后出射的是两束传播方向相后出射的是两束传播方向相同、振动方向相互垂直、频同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差为率相等、相位差为/
43、2/2的线偏的线偏振光，它们合成为一束振光，它们合成为一束椭圆椭圆偏振光偏振光。*圆偏振光（椭圆偏振光）的获得圆偏振光（椭圆偏振光）的获得若若A1=A2，就是一个圆。，就是一个圆。由振动合成可知，当两互相垂直振动的位相差为：由振动合成可知，当两互相垂直振动的位相差为：时合成为时合成为一正椭圆一正椭圆 自然光自然光？显然：显然：Ao=Ae为为圆偏振光圆偏振光AAoAe P线偏振光线偏振光单色光单色光单色光单色光10/25/202246光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射7)7)人工双折射人工双折射人工造成各向异性，而产生双折射。人工造成各向异性，而产生双折射。又
44、称为：又称为：光弹效应光弹效应(应力双折射效应应力双折射效应)P1 dFSF有机玻璃有机玻璃C应力应力各向异性各向异性u各向不同各向不同n各向不同各向不同在一定应力范围内：在一定应力范围内：各处各处 F/S 不同不同各处各处 不同不同出现干涉条纹出现干涉条纹变变变变干涉情况变。干涉情况变。k 为与材料为与材料有关的常数有关的常数10/25/202247光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射9)旋光性（自学）旋光性（自学）当线偏振光通过某介质（物质）时，其振动面会转当线偏振光通过某介质（物质）时，其振动面会转过一个角度，称为物质的旋光性。过一个角度，称为物质的旋光
45、性。例如，石英晶体就具有旋光性。例如，石英晶体就具有旋光性。l,r8)电致双折射（克尔效应）简介电致双折射（克尔效应）简介各向同性各向同性电介质电介质各向异性各向异性电介质电介质强电场强电场光轴：电场方向光轴：电场方向k：Kerr常数。常数。10/25/202248光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射 =0 /2 3/4 /4 5/43/2 7/4 =振动方向相互垂直、频率相等的两个简谐振动的合成振动方向相互垂直、频率相等的两个简谐振动的合成设两振动为：设两振动为：消去消去t 10/25/202249光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的
46、传播双折射10/25/202250光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射白光下会聚偏振光干涉10/25/202251光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射一、基本原理基本原理会聚偏振光的干涉装置会聚偏振光的干涉装置会聚偏振光的干涉装置会聚偏振光的干涉装置 ：以以以以单单单单轴轴轴轴晶晶晶晶体体体体为为为为例例例例分分分分析析析析，沿沿沿沿光光光光轴轴轴轴中中中中心心心心光光光光线线线线中中中中o o光光光光和和和和e e光光光光间间间间的的的的相相相相位位位位差差差差 =0=0，是是是是随随随随通通通通过过过过晶晶晶晶体体体体C
47、C时时时时光光光光线线线线的的的的倾倾倾倾角角角角而而而而增增增增大大大大的的的的。会会会会聚聚聚聚光光光光装装装装置置置置的的的的设设设设计计计计保保保保证证证证以以以以不不不不同同同同的的的的倾倾倾倾角角角角通通通通过过过过C C的的的的光光光光线线线线落落落落到到到到接接接接收收收收屏屏屏屏上上上上不不不不同同同同半半半半径径径径的的的的圆圆圆圆周上，从而在屏上周上，从而在屏上周上，从而在屏上周上，从而在屏上 =常量的轨迹是同心圆。常量的轨迹是同心圆。常量的轨迹是同心圆。常量的轨迹是同心圆。10/25/202252光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射具体
48、分析具体分析具体分析具体分析 ：考考考考虑虑虑虑在在在在屏屏屏屏上上上上QQ点点点点的的的的光光光光线线线线，对对对对这这这这些些些些光光光光线线线线来来来来说说说说，晶晶晶晶体体体体的的的的主主主主平平平平面面面面沿沿沿沿半半半半径径径径方方方方向向向向。射射射射到到到到晶晶晶晶体体体体C C上上上上的的的的光光光光线线线线中中中中电电电电矢矢矢矢量量量量E E平平平平行行行行于于于于P P1 1，在在在在C C中中中中E E分分分分解解解解为为为为E Eo o和和和和E Ee e，它它它它们们们们分分分分别别别别沿沿沿沿切切切切线线线线和和和和半半半半径径径径，振振振振 幅幅幅幅 分分分分
49、 别别别别 是是是是A Ao o=A Acoscos 和和和和A Ae e=A Asinsin ，经经经经P P2 2再再再再次次次次投投投投影影影影时时时时，振振振振幅变为：幅变为：幅变为：幅变为：相干叠加后，屏上的强度分布为：相干叠加后，屏上的强度分布为：相干叠加后，屏上的强度分布为：相干叠加后，屏上的强度分布为：10/25/202253光学教程专题光学教程专题 光在晶体中的传播双折射光在晶体中的传播双折射具体分析具体分析具体分析具体分析 ：由由由由于于于于(1-cos(1-cos )因因因因子子子子是是是是 的的的的周周周周期期期期函函函函数数数数，因因因因此此此此干干干干涉涉涉涉条条条
50、条纹纹纹纹应应应应该该该该是是是是同同同同心心心心圆圆圆圆，而而而而sin2sin2 因因因因子子子子表表表表明明明明，在在在在 =0=0 、9090 、180180 、270270 处处处处 均均均均 有有有有 I=0I=0，故故故故 当当当当P P1 1P P2 2时时时时，干干干干涉涉涉涉圆圆圆圆环环环环上上上上与与与与P P1 1平平平平行行行行及及及及垂垂垂垂直直直直的的的的方方方方向向向向出出出出现现现现黑黑黑黑十十十十字字字字型型型型“刷刷刷刷子子子子”；而而而而当当当当P P1 1P P2 2时时时时，其其其其干干干干涉涉涉涉图图图图样样样样与与与与互互互互补补补补，在在在在黑