晶體的雙折射現(xiàn)象_第1頁(yè)
晶體的雙折射現(xiàn)象_第2頁(yè)
晶體的雙折射現(xiàn)象_第3頁(yè)
晶體的雙折射現(xiàn)象_第4頁(yè)
晶體的雙折射現(xiàn)象_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩52頁(yè)未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶(hù)提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、晶體的雙折射現(xiàn)象光學(xué)器件最常用的透明固體介質(zhì)材料:晶體和非晶體光學(xué)器件最常用的透明固體介質(zhì)材料:晶體和非晶體 晶體:晶體:內(nèi)在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)程有序的固體,其內(nèi)在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)程有序的固體,其原子(離子或分子)在空間排列上原子(離子或分子)在空間排列上具有一定的規(guī)則性具有一定的規(guī)則性,生長(zhǎng)良好的單晶體具有規(guī)則的幾何外形,生長(zhǎng)良好的單晶體具有規(guī)則的幾何外形。 天然晶體礦天然晶體礦(b) 石英晶體石英晶體(a) 方解石晶體方解石晶體自然界中存在的七大晶系(按晶體的空間對(duì)稱(chēng)性分類(lèi)):自然界中存在的七大晶系(按晶體的空間對(duì)稱(chēng)性分類(lèi)): 立方晶系;正方(四方,四角)晶系;六角(六方)晶系;三角(三立方晶系;正方(四方,四

2、角)晶系;六角(六方)晶系;三角(三方)晶系;正交(斜方)晶系;單斜晶系;三斜晶系。方)晶系;正交(斜方)晶系;單斜晶系;三斜晶系。 說(shuō)明:說(shuō)明:非晶態(tài):非晶態(tài):如玻璃、熔融石英等,一般如玻璃、熔融石英等,一般不具有長(zhǎng)程有序的內(nèi)在結(jié)構(gòu)不具有長(zhǎng)程有序的內(nèi)在結(jié)構(gòu),并且由于,并且由于其原子或分子的熱運(yùn)動(dòng)以及在空間排列上的隨機(jī)性,其光學(xué)性質(zhì)一其原子或分子的熱運(yùn)動(dòng)以及在空間排列上的隨機(jī)性,其光學(xué)性質(zhì)一般在宏觀上呈現(xiàn)出般在宏觀上呈現(xiàn)出各向同性各向同性。 v 除除立方晶系的單晶體具有空間各向同性的光學(xué)性質(zhì)立方晶系的單晶體具有空間各向同性的光學(xué)性質(zhì)外,一般單晶體的光外,一般單晶體的光學(xué)性質(zhì)均具有學(xué)性質(zhì)均具有空

3、間上的空間上的各向異性各向異性。v 在一定的外界物理場(chǎng)(如機(jī)械或熱應(yīng)力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等)作用下,某些在一定的外界物理場(chǎng)(如機(jī)械或熱應(yīng)力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等)作用下,某些非晶態(tài)介質(zhì)(甚至立方晶晶體)會(huì)在宏觀上由各向同性轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋?。非晶態(tài)介質(zhì)(甚至立方晶晶體)會(huì)在宏觀上由各向同性轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋?。這種場(chǎng)致各向異性與晶體的自然各向異性具有類(lèi)似的特點(diǎn)。這種場(chǎng)致各向異性與晶體的自然各向異性具有類(lèi)似的特點(diǎn)。 石英:石英:光軸光軸(b) 石英晶體石英晶體102o102o78o78o光軸光軸102o102o(a) 方解石晶體方解石晶體圖圖 晶體的解理面形式晶體的解理面形式最常用的兩種各向異性晶體最常用的兩種各向異性

4、晶體又稱(chēng)冰洲石,屬六角晶系晶體,其又稱(chēng)冰洲石,屬六角晶系晶體,其化學(xué)成分為化學(xué)成分為碳酸鈣碳酸鈣(CaCO3),結(jié)構(gòu)上),結(jié)構(gòu)上易解理成菱體(斜六面體),易解理成菱體(斜六面體),菱面的銳菱面的銳角為角為78o08,鈍角為,鈍角為101o52。純質(zhì)的方。純質(zhì)的方解石晶體呈無(wú)色透明狀,且在天然狀態(tài)解石晶體呈無(wú)色透明狀,且在天然狀態(tài)下可以形成較大尺寸,是制造偏振光學(xué)下可以形成較大尺寸,是制造偏振光學(xué)器件的重要材料之一。器件的重要材料之一。 又稱(chēng)水晶,屬三角晶系晶體,其化學(xué)成分為又稱(chēng)水晶,屬三角晶系晶體,其化學(xué)成分為二氧化硅二氧化硅(SiO2),結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)上易解理成角錐狀。純質(zhì)的石英晶體呈無(wú)色透明狀

5、,因而也是制造偏振光上易解理成角錐狀。純質(zhì)的石英晶體呈無(wú)色透明狀,因而也是制造偏振光學(xué)器件的重要材料之一。學(xué)器件的重要材料之一。 方解石:方解石:光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光玻璃玻璃光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶

6、體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光 光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體光光光光方解石方解石 晶體晶體1、放玻璃板時(shí)看到一個(gè)字。、放玻璃板時(shí)看到一個(gè)字。 玻璃是各向同性介質(zhì)。玻璃是各向同性介質(zhì)。 光射到各向同性介質(zhì)的表面時(shí)它將按折射定光射到各向同性介質(zhì)的表面時(shí)它將按折射定律向某一方向折射,這是一般常見(jiàn)的折射現(xiàn)象。律向某一方向折射,這是一般常見(jiàn)的折射現(xiàn)象。2、放方解石晶體時(shí)看到兩個(gè)字?、放方解石晶體時(shí)看到兩個(gè)字? 方解石是各向異性晶體,一束光射到各向方解石是各向異性晶體,一束光射到

7、各向異性介質(zhì)中時(shí),折射光將分為兩束。異性介質(zhì)中時(shí),折射光將分為兩束。一一. . 雙折射的概念雙折射的概念1. .雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象一束光線進(jìn)入某種晶體,產(chǎn)生兩束折射光叫雙折射一束光線進(jìn)入某種晶體,產(chǎn)生兩束折射光叫雙折射. 方解石方解石oee o n1n2irore(各向異各向異性媒質(zhì)性媒質(zhì))自然光自然光o光光e光光2. .尋常光尋常光( (o光光) )和非尋常光和非尋常光( (e光光) )o o光光 : : 遵從折射定律遵從折射定律orninsinsin21 e e光光 : : 一般不遵從折射定律一般不遵從折射定律constsinsin erie e光折射線也不一定在入射面內(nèi)光折射線也不一定

8、在入射面內(nèi). .o o光與e e光均為線偏振光3. . 晶體的光軸晶體的光軸 當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙不發(fā)生雙折射折射,該方向稱(chēng)為晶體的,該方向稱(chēng)為晶體的光軸。光軸。例如,方解石晶體例如,方解石晶體( (冰洲石冰洲石) )光軸是一特殊的方向光軸是一特殊的方向, ,凡平行于此凡平行于此方向的直線均為光軸方向的直線均為光軸. .AB光軸光軸102單軸晶體:只有一個(gè)光軸的晶體。如方解石、石英、 紅寶石等。雙軸晶體:包含兩個(gè)光軸的晶體。如云母、藍(lán)寶石、 結(jié)晶硫磺等。主截面:主截面:包含晶體光軸與界面法線的平面包含晶體光軸與界面法線的平面 主平面:主平面:

9、包含光軸及所考察光線的平面包含光軸及所考察光線的平面 說(shuō)明:說(shuō)明:主截面的方位由晶體自身特性決定,且始終垂直于晶體的表面;主截面的方位由晶體自身特性決定,且始終垂直于晶體的表面; 一般情況下一般情況下, , o主平面與主平面與e主平面是不重合的。主平面是不重合的。4 4 單軸晶體中的主截面與主平面單軸晶體中的主截面與主平面法法線線主平面主平面主平面主平面光軸光軸主主截截面面自然光自然光晶體晶體主截面與主平面主截面與主平面光軸光軸光軸光軸e e光是光矢量與光是光矢量與e e主平面平行的線偏振光主平面平行的線偏振光. .當(dāng)光軸在入射面內(nèi)時(shí),主截面、當(dāng)光軸在入射面內(nèi)時(shí),主截面、o主平面、主平面、e主

10、平面都重合。主平面都重合。o光光法線法線e光光法線法線o光光e光光實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明:o光是光矢量與光是光矢量與o主平面垂直的線偏振光主平面垂直的線偏振光.在單軸晶體中,o光子波的波面為球面,因而沿各個(gè)方向的傳播速度相等;e光子波的波面為旋轉(zhuǎn)橢球面,因而沿各個(gè)方向的傳播速度不相等;兩個(gè)波面在晶體的光軸方向相切,因而任何子波沿光軸方向的傳播速度相同,不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。 p 雙折射現(xiàn)象的理論解釋雙折射現(xiàn)象的理論解釋單軸晶體中的波面單軸晶體中的波面惠更斯假設(shè)惠更斯假設(shè) (a) 正晶體正晶體光軸光軸vove(b) 負(fù)晶體負(fù)晶體光軸光軸vevo 正晶體正晶體 : : ne no負(fù)晶體負(fù)晶體 : : ne

11、e ve) 負(fù)晶體負(fù)晶體 (vo ve ) 子波源子波源( (ve vo o) )e光光: :ec eenn0 0 ,ne稱(chēng)為晶體的主折射率稱(chēng)為晶體的主折射率cooon正晶體正晶體evv 0負(fù)晶體負(fù)晶體evv 0 幾點(diǎn)說(shuō)明:1、以上討論的是自然光入射情形,雙折射總是存在的;2、若入射的光是線偏振光,當(dāng)偏振方向垂直入射面,則在晶體中只能引起o光的次波波面,折射光只有o光;3、若入射的光是線偏振光,當(dāng)偏振方向在入射面內(nèi),則在晶體中只能引起e光的次波波面,折射光只有e光;4、當(dāng)入射線偏振光的振動(dòng)方向?yàn)樾毕驎r(shí),才有雙折射;雙折射的兩束光的強(qiáng)度按振幅分解來(lái)計(jì)算;5、可利用晶體的雙折射現(xiàn)象獲得線偏振光。一

12、一. .尼科耳棱鏡尼科耳棱鏡ABCD102A(D)B(C)由方解石切由方解石切割再用樹(shù)膠割再用樹(shù)膠粘合而成粘合而成.尼科耳棱鏡工作原理尼科耳棱鏡工作原理:自然光在自然光在AB面折射為面折射為o光和光和e光,光,o光以約光以約76入射到入射到AC的加拿大樹(shù)膠層上的加拿大樹(shù)膠層上. 被被AC面全反射,只有面全反射,只有e光出射,產(chǎn)生偏振光光出射,產(chǎn)生偏振光.p 獲得線偏振光的器件獲得線偏振光的器件偏振棱鏡偏振棱鏡o光光: 69658.1551.190sinsin00innio而而i =76 69,全反射全反射. .二、渥拉斯頓棱鏡:二、渥拉斯頓棱鏡:將兩個(gè)直角的方解石棱鏡沿斜邊膠合起來(lái)。將兩個(gè)直角

13、的方解石棱鏡沿斜邊膠合起來(lái)。AB光在第一棱鏡中不分開(kāi),但光線垂直于光軸,因而兩束光傳播光在第一棱鏡中不分開(kāi),但光線垂直于光軸,因而兩束光傳播速度不同。第二棱鏡的光軸垂直于第一棱鏡,所以第一棱鏡中速度不同。第二棱鏡的光軸垂直于第一棱鏡,所以第一棱鏡中的的E光為第二棱鏡中的光為第二棱鏡中的O光,由于光,由于neno,相當(dāng)于光由光疏介質(zhì),相當(dāng)于光由光疏介質(zhì)入射光密介質(zhì),折射線近法線;入射光密介質(zhì),折射線近法線;而第一棱鏡的而第一棱鏡的O光為第二棱鏡光為第二棱鏡中的中的e光,相當(dāng)于光由光密介光,相當(dāng)于光由光密介質(zhì)入射光疏介質(zhì),折射線遠(yuǎn)質(zhì)入射光疏介質(zhì),折射線遠(yuǎn)離法線,如圖所示。離法線,如圖所示。三、格蘭

14、三、格蘭湯普森棱鏡:湯普森棱鏡:將兩個(gè)直角的方解石棱鏡沿斜邊將兩個(gè)直角的方解石棱鏡沿斜邊膠合起來(lái)。其中第一棱鏡內(nèi)的膠合起來(lái)。其中第一棱鏡內(nèi)的o光在膠合面處發(fā)生全反射。光在膠合面處發(fā)生全反射。思考:如何檢測(cè)各類(lèi)偏振光?檢偏器可以檢測(cè)出所有偏振態(tài)嗎?如何將橢圓偏振光和圓偏光分別從部分偏振光和自然光中分離出來(lái)?p 波片波片,是由晶體制成的有準(zhǔn)確厚度的薄片,也叫做相位補(bǔ)償器,其光軸與薄片表面平行。波片的作用是使波片內(nèi)傳播的o光與e光通過(guò)波片后產(chǎn)生一確定的光程差和相位差。dnneo)(2()oenn d波片的厚度 當(dāng)兩束光射出晶體面,當(dāng)兩束光射出晶體面,1 1、四分之一波片、四分之一波片 (1)(1)定

15、義:能使定義:能使o o光和光和e e光的光程差等于光的光程差等于 的晶片稱(chēng)四的晶片稱(chēng)四分之一波片分之一波片 (2)(2)四分之一波片的厚度四分之一波片的厚度 正晶體正晶體 (3)(3)作用:產(chǎn)生附加位相差,作用:產(chǎn)生附加位相差, ,平面偏振光經(jīng)平面偏振光經(jīng)1/41/4波片后,出射光是正橢圓偏振光波片后,出射光是正橢圓偏振光dnneo)(24()4oenn d4()oednn4()eodnn2兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合振動(dòng)由自然光得到橢圓(園)偏振光:由自然光得到橢圓(園)偏振光:0IIN1N2起偏器起偏器波晶片波晶片oAe橢圓(圓)偏振器橢圓(圓)偏振器p 圓偏振光與自然光的檢定:判

16、斷:判斷:旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中,若有消光現(xiàn)象出現(xiàn)為圓偏振旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中,若有消光現(xiàn)象出現(xiàn)為圓偏振光;否則為自然光。光;否則為自然光。方法:方法:在偏振片的前面加入一塊四分之一波片,仍以入射在偏振片的前面加入一塊四分之一波片,仍以入射光為軸旋轉(zhuǎn)偏振片。光為軸旋轉(zhuǎn)偏振片。0II檢偏器檢偏器P1/4為什么??jī)蓚€(gè)振動(dòng)方向互相垂直的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合振動(dòng)原理:原理: 已知圓偏振光中已知圓偏振光中o o、e e 光的位相差為光的位相差為 = = /2/2,通過(guò)四分之一波片后,又產(chǎn)生,通過(guò)四分之一波片后,又產(chǎn)生了了 /2 /2 的相差,則的相差,則 o o、e e 光的總相差為光的總相差為0 0或或 ,這樣,通過(guò)四分之

17、一波片后圓偏振光將,這樣,通過(guò)四分之一波片后圓偏振光將變?yōu)榫€偏振光,因此在旋轉(zhuǎn)棱鏡或偏振片時(shí)變?yōu)榫€偏振光,因此在旋轉(zhuǎn)棱鏡或偏振片時(shí)會(huì)有消光現(xiàn)象出現(xiàn);會(huì)有消光現(xiàn)象出現(xiàn);而自然光通過(guò)四分之一而自然光通過(guò)四分之一波片后不會(huì)變?yōu)槠矫嫫窆?,故沒(méi)有消光現(xiàn)波片后不會(huì)變?yōu)槠矫嫫窆?,故沒(méi)有消光現(xiàn)象出現(xiàn)。象出現(xiàn)。14:波片且光軸與透振方向夾角45即 線偏振光圓偏振光p 橢圓偏振光與部分偏振光的檢定: 讓橢圓偏振光和部分偏振光通過(guò)一個(gè)偏振片時(shí),旋轉(zhuǎn)中均讓橢圓偏振光和部分偏振光通過(guò)一個(gè)偏振片時(shí),旋轉(zhuǎn)中均會(huì)出現(xiàn)光強(qiáng)大小變化但無(wú)消光的相同現(xiàn)象,無(wú)法區(qū)分。會(huì)出現(xiàn)光強(qiáng)大小變化但無(wú)消光的相同現(xiàn)象,無(wú)法區(qū)分。方法:方法:在偏

18、振片前放入一塊四分之一波片,并設(shè)法使橢圓的在偏振片前放入一塊四分之一波片,并設(shè)法使橢圓的一個(gè)軸與四分之一波片的光軸平行;以入射光為軸旋轉(zhuǎn)偏振一個(gè)軸與四分之一波片的光軸平行;以入射光為軸旋轉(zhuǎn)偏振片。片。旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中,若有消光現(xiàn)象出現(xiàn)者是橢圓偏振光;旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中,若有消光現(xiàn)象出現(xiàn)者是橢圓偏振光;否則為部分偏振光。否則為部分偏振光。0II檢偏器檢偏器P1/4原理:原理:當(dāng)橢圓偏振光任一主軸與四分之一波片光當(dāng)橢圓偏振光任一主軸與四分之一波片光軸平行時(shí),軸平行時(shí),o o、e e 光相差為光相差為 /2/2或或 3 3 /2/2;經(jīng)四分之一波片后又產(chǎn)生了經(jīng)四分之一波片后又產(chǎn)生了 /2 /2 相差,相差

19、,則最后的總相差為則最后的總相差為0 0或或 ,成為一束線偏,成為一束線偏振光,因而會(huì)有消光現(xiàn)象出現(xiàn),而部分偏振光,因而會(huì)有消光現(xiàn)象出現(xiàn),而部分偏振光經(jīng)四分之一波片后無(wú)法變?yōu)槠矫嫫裾窆饨?jīng)四分之一波片后無(wú)法變?yōu)槠矫嫫窆?,故無(wú)消光現(xiàn)象。光,故無(wú)消光現(xiàn)象。14: 波片即 線偏振光橢圓偏振光 2 2、半波片、半波片 能使能使o o光和光和e e光的光程差等于光的光程差等于 奇數(shù)倍的晶片,稱(chēng)半波奇數(shù)倍的晶片,稱(chēng)半波片,其厚度片,其厚度 線偏振光垂直入射到半波片而透射后,仍為線偏振光。線偏振光垂直入射到半波片而透射后,仍為線偏振光。 如果入射時(shí)振動(dòng)面和晶體主截面之間的夾角為如果入射時(shí)振動(dòng)面和晶體主截面之間的夾角為,則,則透射光仍為線偏振光,振動(dòng)面從原來(lái)的方位轉(zhuǎn)動(dòng)透射光仍為線偏振光,振動(dòng)面從原來(lái)的方位轉(zhuǎn)動(dòng)22角,角,振動(dòng)方向從一三象限轉(zhuǎn)到二四象限。振動(dòng)方向從一三象限轉(zhuǎn)到二四象限。半波片常用于改變或調(diào)整線偏振光的振動(dòng)方向。2()(21)2oenndk(21)2()oedknn) 12(2k3 3、補(bǔ)償器、補(bǔ)償器(1 1、為什么要使用補(bǔ)償器?、為什么要使用補(bǔ)償器?上述檢驗(yàn)橢圓偏振光的實(shí)驗(yàn)中,若不用補(bǔ)償器,必須事上述檢驗(yàn)橢圓偏振光的實(shí)驗(yàn)中,若不用補(bǔ)償器,必

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶(hù)所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶(hù)上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶(hù)上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶(hù)因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論