光學教學課件之九光在晶體中的傳播

1、制作者： 贛南師范學院物理與電子信息學院： 王形華 光在晶體中的傳播(4) 旋光1 5、旋光一、石英的旋光現象1、在普通的單軸晶體（如冰洲石）內，垂直于光軸方向切割出一塊平行平面晶片；2、取兩塊偏振片I和，其透振方向為P1和P2 ,且將平行平面晶片插入正交偏振片I和之間（P1P2 ），并且三個的平面平行；3、用一束自然光正射到偏振片I ，則在偏振片后面，出現消光現象。這表明線偏振光經過此晶片后偏振狀態(tài)不發(fā)生任何變化。（見圖5-1）234、在上述實驗中，用石英來代替冰洲石，則在偏振片之后，看去視場變亮了，若將偏振片的透振方向向左或向右旋轉一個角度時，又變消光。5、實驗表明:從石英晶體透射出來的光

2、仍是線偏振光，但其振動面各向左或向右旋轉了一個角度，此稱為旋光現象。 （見圖52）456、旋光率: 實驗表明，振動面旋轉角度與石英晶片的厚度d成正比。 = d 比例系數叫做石英的旋光率， 的數值因入射光的波長不同而不同。在白光的照射下，不同顏色的振動面旋轉的角度不同。6 與的關系見下表：77、旋光色散 由于各種不同顏色的光的旋轉角不同，旋轉偏振片不能同時消光，在偏振片后面觀察到的將是色彩的變化，此現象稱為旋光色散。8、實驗表明，石英晶體有左旋和右旋兩種晶體，其與石英的結構有關，它們的外形完全相似，只是一種是另一種的鏡像反演。兩種晶體使振動面旋轉的方向相反。（見圖5-3）89二、菲涅耳對旋光現象

3、的解釋1、兩個同頻率振幅相等的簡諧振動可以合為一個圓的運動或者反過來說，一個圓運動可以分解為一對相互垂直的同頻率同振幅的簡諧運動。2、一個直線運動上的簡諧振動，可以分解為一對圓的運動。3、菲涅耳認為線偏振光可以分解為一對左、右旋圓偏振光，左、右旋圓偏振光可以合成為線偏振光。（見圖5-4）10115、旋光性的解釋 左旋圓偏振光L光，右旋圓偏振光R光，對于石英，vL與vR略有不同，其通過石英晶片后位相變化為: L= 2 nLd / R= 2 nR d / 圓偏振光的位相即旋轉電矢量的角位移，位相滯后即角度倒轉。 （見圖5-5）1213 由于L與R不同，它們合成為線偏振光，其偏振方向相對于原來轉過了

4、一個角度即產生了旋光現象. =(R L) /2=(nRnL)d/ nR nL 0 晶體是左旋的 nR nL 0 晶體是右旋的146、菲涅耳石英晶體旋光驗正實驗（1）、起初菲涅耳用單個石英晶體來觀察， 由于nR與nL的差別太小，未能獲得成功。（2）、用左、右旋石英晶體制成棱鏡交替排列起來，構成復合棱鏡，結果能較好的觀察到左旋光和右旋光。（見圖5-6） 其原因分析作為思考題，留給同學們課后思考。（Note: 比較nR 、 nL，利用折射定律去分析。）1516三、旋光晶體內的波面 1、負晶體與正晶體（復習） 負晶體（冰洲石）: ve v0 no ne（內切球） 正晶體（石英）: ve v0 none

5、 （外切球） （見圖16）172、作為旋光物質的石英正晶體具有新的特點（1）兩層波面（L光和R光）在與光軸交點處并不相切。（2）只有垂直于光軸傳播時兩光線（R光、L光）才是線偏振光,即前述的O光和E光；沿光軸傳播，它們分別是左、右旋圓偏振光，即L光和R光。（3）當光線沿任意傾斜方向傳播時，兩光線都是橢圓偏振光。（4）L光、R光由圓偏振光向線偏振光是一個逐步轉化的過程:見圖5-7（右旋石英晶體）18光軸R光波面R光波面19 a b c d圓偏振光橢圓偏振光線偏振光（e光、o光） 其中：R光是快光，L光是慢光. 對于左旋石英晶體，正好相反，L光是快光，R光是慢光203、如前所分析可得： 若將石英晶體切成垂直于光軸的晶片，它具有旋光線，切成平行于光軸的晶片，它與普通無旋光晶體一樣，可以制成等位相延時片。如果傾斜切割，則可獲得橢圓偏振的雙折射（存在L光和R光，即旋光現象）。四、旋光現象的應用 量糖術與磁致旋光（略）21小結： 本節(jié)對旋光現象作了簡單介紹，其理論基礎是線偏振光可以看成是一對同頻率、同幅度、旋