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1、关于光在晶体的传播第一张，PPT共五十页，创作于2022年6月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第二张，PPT共五十页，创作于2022年6月方解石晶体方解石晶体 CaCO3第三张，PPT共五十页，创作于2022年6月方解石晶体方解石晶体 CaCO3第四张，PPT共五十页，创作于2022年6月方解石晶体方解石晶体 CaCO3第五张，PPT共五十页，创作于2022年6月方解石晶体方解石晶体 CaCO3第六张，PPT
2、共五十页，创作于2022年6月方解石晶体方解石晶体 CaCO3第七张，PPT共五十页，创作于2022年6月双折射现象双折射现象 字透过方解石晶体成双像字透过方解石晶体成双像第八张，PPT共五十页，创作于2022年6月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纸面纸面方解石方解石 晶体晶体第九张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋
3、转时第十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸
4、面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十七张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十八张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第十九张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十张
5、，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸
6、面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体返回返回结束当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时第二十七张，PPT共五十页，创作于2022年6月光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体返回返回结束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(extraordin
7、ary(extraordinary 非寻常非寻常 偏离折射定律偏离折射定律)第二十八张，PPT共五十页，创作于2022年6月方解石固定屏幕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。第二十九张，PPT共五十页，创作于2022年6月方解石碳酸钙晶体结构：形状为平行六面体各晶面为菱形一对约102 的钝角一对约 78 的锐角沿解理面截取的等棱长的方解石菱块菱体的四对顶点中只有一对顶点是由三个钝角面会合而成（
8、图中 、）第三十张，PPT共五十页，创作于2022年6月方解石晶体的光轴 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！第三十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月晶体中o光和e光的传播方向和传播速度相同无双折射现象无双折射现象沿光轴方向入射一细光束：若磨平A、B顶点，且光轴方向：光轴方向：晶体中沿该方向传播晶体中沿该方向传播的光无双折射现象的光无双折射现象第三十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月方 解 石 o光和e光都是线偏振光，其光振动方向与晶体
9、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第三十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月任意方向入射 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）晶体内某一折射线与光轴确定的平面。第三十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月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
10、内和第三十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月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OO光光光光e e光光光光e光光O光光光线、都在主截面内并且都是线偏振光第三十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月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 SC C C CC C C CO 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圆回旋面(回旋轴向为光轴方向)第三十七张，PPT共五十页，创作于202
11、2年6月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e光 一般不满足折射定律第三十八张，PPT共五十页，创作于2022年6月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）第三十九张，PPT共五十页，创作于2022年6月3、晶体的光轴 当光当光在晶体内在晶体内沿某个沿某个特殊方向特殊方向传播时不发生双折传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光
12、轴。射，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、硫磺、蓝宝石等）第四十张，PPT共五十页，创作于2022年6月 3、主平面晶体中某条晶体中某条
13、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。第四十一张，PPT共五十页，创作于2022年6月5、晶体的主折射率o o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
14、（o o 光只有光只有一种光速一种光速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）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速光在垂直光轴方向上的速度与度与o o光的速度相差最大，记为光的速度相差最大，记为 v ve e，定义其相，定义其相应的折射率为应的折射率为 n ne e;e e光光点波源发出的波面为
15、点波源发出的波面为椭球面椭球面,振动方向始终在其主平面内振动方向始终在其主平面内)光轴光轴ve tvo tno，ne称为晶体的主折射率。称为晶体的主折射率。第四十二张，PPT共五十页，创作于2022年6月正晶体（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 负负晶晶体体(vo ve)6、晶体的类型 ne eno o (vo ve)ne eno o第四十三张，PPT共五十页，创作于2022年6月晶体双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偏振振棱棱镜镜原原理理图图偏振棱镜实物图偏振棱
16、镜实物图第四十四张，PPT共五十页，创作于2022年6月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第四十五张，PPT共五十页，创作于2022年6月晶体双折射现象的典型应用波片实物图波片实物图第四十六张，PPT共五十页，创作于2022年6月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？第四十七张，PPT共五十页，创作于2022年6月经典电磁理论：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，这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，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：本征频率之差。在各向同性介质中：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。第四十八张，PPT共五十页，创作于2022年6月谢 谢！第四十九张，PPT共五十页，创作于2022年6月感谢大家观看第五十张，PPT共五十页，创作于2022年6月4/4/2023