光學(xué)課件之九光在晶體中的傳播

光學(xué)課件之九光在晶體中的傳播1

§5、旋光一、石英的旋光現(xiàn)象1、在普通的單軸晶體（如冰洲石）內(nèi)，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Ⅱ，其透振方向?yàn)镻1和P2,且將平行平面晶片插入正交偏振片I和Ⅱ之間（P1⊥P2），并且三個(gè)的平面平行；3、用一束自然光正射到偏振片I，則在偏振片Ⅱ后面，出現(xiàn)消光現(xiàn)象。這表明線偏振光經(jīng)過(guò)此晶片后偏振狀態(tài)不發(fā)生任何變化。（見(jiàn)圖5-1）234、在上述實(shí)驗(yàn)中，用石英來(lái)代替冰洲石，則在偏振片Ⅱ之后，看去視場(chǎng)變亮了，若將偏振片的透振方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度φ時(shí)，又變消光。5、實(shí)驗(yàn)表明:從石英晶體透射出來(lái)的光仍是線偏振光，但其振動(dòng)面各向左或向右旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度φ，此稱為旋光現(xiàn)象。（見(jiàn)圖5－2）456、旋光率:

實(shí)驗(yàn)表明，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)角度φ與石英晶片的厚度d成正比。

φ=αd

比例系數(shù)α叫做石英的旋光率，α的數(shù)值因入射光的波長(zhǎng)不同而不同。在白光的照射下，不同顏色的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度φ不同。6（4）L光、R光由圓偏振光向線偏振光是一個(gè)逐步轉(zhuǎn)化的過(guò)程:見(jiàn)圖5-7（右旋石英晶體）圓偏振光的位相即旋轉(zhuǎn)電矢量的角位移，位相滯后即角度倒轉(zhuǎn)。旋圓偏振光合成的，對(duì)于有些晶體如石沿光軸傳播，它們分別是左、右旋圓偏振光，即L光和R光。二、菲涅耳對(duì)旋光現(xiàn)象的解釋光學(xué)課件之九光在晶體中的傳播（3）當(dāng)光線沿任意傾斜方向傳播時(shí)，兩光線都是橢圓偏振光。nR﹤nLφ﹤0晶體是右旋的5、實(shí)驗(yàn)表明:從石英晶體透射出來(lái)的光仍是線偏振光，但其振動(dòng)面各向左或向右旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度φ，此稱為旋光現(xiàn)象。沿光軸傳播，它們分別是左、右旋圓偏振光，即L光和R光。圓偏振光→橢圓偏振光→線偏振光（e光、o光）a→b→c→d（1）、起初菲涅耳用單個(gè)石英晶體來(lái)觀察，比例系數(shù)α叫做石英的旋光率，α的數(shù)值因入射光的波長(zhǎng)不同而不同。φ=(φR－φL)/2=π(nR－nL)d/λ

α與λ的關(guān)系見(jiàn)下表：77、旋光色散由于各種不同顏色的光的旋轉(zhuǎn)角不同，旋轉(zhuǎn)偏振片Ⅱ不能同時(shí)消光，在偏振片后面觀察到的將是色彩的變化，此現(xiàn)象稱為旋光色散。8、實(shí)驗(yàn)表明，石英晶體有左旋和右旋兩種晶體，其與石英的結(jié)構(gòu)有關(guān)，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(dòng)面旋轉(zhuǎn)的方向相反。（見(jiàn)圖5-3）8對(duì)于左旋石英晶體，正好相反，L光是快光，R光是慢光比例系數(shù)α叫做石英的旋光率，α的數(shù)值因入射光的波長(zhǎng)不同而不同。5、實(shí)驗(yàn)表明:從石英晶體透射出來(lái)的光仍是線偏振光，但其振動(dòng)面各向左或向右旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度φ，此稱為旋光現(xiàn)象。（見(jiàn)圖5－2）其中：R光是快光，L光是慢光.§5、旋光二、菲涅耳對(duì)旋光現(xiàn)象的解釋1、負(fù)晶體與正晶體（復(fù)習(xí)）φL=2πnLd/λ其原因分析作為思考題，留給同學(xué)們同，導(dǎo)致出射時(shí)，其合成的線偏振光的二、菲涅耳對(duì)旋光現(xiàn)象的解釋圓偏振光→橢圓偏振光→線偏振光（e光、o光）ve＞v0no＞ne英，左、右旋圓振光，其折射率略有不9二、菲涅耳對(duì)旋光現(xiàn)象的解釋1、兩個(gè)同頻率振幅相等的簡(jiǎn)諧振動(dòng)可以合為一個(gè)圓的運(yùn)動(dòng)或者反過(guò)來(lái)說(shuō)，一個(gè)圓運(yùn)動(dòng)可以分解為一對(duì)相互垂直的同頻率同振幅的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。2、一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)上的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，可以分解為一對(duì)圓的運(yùn)動(dòng)。3、菲涅耳認(rèn)為線偏振光可以分解為一對(duì)左、右旋圓偏振光，左、右旋圓偏振光可以合成為線偏振光。（見(jiàn)圖5-4）10解為一對(duì)相互垂直的同頻率同振幅的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。其中：R光是快光，L光是慢光.圓偏振光→橢圓偏振光→線偏振光（e光、o光）（4）L光、R光由圓偏振光向線偏振光是一個(gè)逐步轉(zhuǎn)化的過(guò)程:見(jiàn)圖5-7（右旋石英晶體）同，導(dǎo)致出射時(shí)，其合成的線偏振光的圓偏振光→橢圓偏振光→線偏振光（e光、o光）的觀察到左旋光和右旋光。4、在上述實(shí)驗(yàn)中，用石英來(lái)代替冰洲石，則在偏振片Ⅱ之后，看去視場(chǎng)變亮了，若將偏振片的透振方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度φ時(shí)，又變消光。a→b→c→d沿光軸傳播，它們分別是左、右旋圓偏振光，即L光和R光。其中：R光是快光，L光是慢光.英，左、右旋圓振光，其折射率略有不英，左、右旋圓振光，其折射率略有不nR﹥nLφ﹥0晶體是左旋的由于nR與nL的差別太小，未能獲得成功。115、旋光性的解釋左旋圓偏振光——L光，右旋圓偏振光——R光，對(duì)于石英，vL與vR略有不同，其通過(guò)石英晶片后位相變化為:φL=2πnLd/λ

φR=2πnRd/λ

圓偏振光的位相即旋轉(zhuǎn)電矢量的角位移，位相滯后即角度倒轉(zhuǎn)。（見(jiàn)圖5-5）1213由于φL與φR不同，它們合成為線偏振光，其偏振方向相對(duì)于原來(lái)轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)角度φ即產(chǎn)生了旋光現(xiàn)象.φ=(φR－φL)/2=π(nR－nL)d/λnR﹥nLφ﹥0晶體是左旋的

nR﹤nLφ﹤0晶體是右旋的146、菲涅耳石英晶體旋光驗(yàn)正實(shí)驗(yàn)（1）、起初菲涅耳用單個(gè)石英晶體來(lái)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(lái)，構(gòu)成復(fù)合棱鏡，結(jié)果能較好的觀察到左旋光和右旋光。（見(jiàn)圖5-6）其原因分析作為思考題，留給同學(xué)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(nèi)的波面

1、負(fù)晶體與正晶體（復(fù)習(xí)）

負(fù)晶體（冰洲石）:

ve＞

v0no

＞ne（內(nèi)切球）正晶體（石英）:

ve

＜

v0no＜ne（外切球）（見(jiàn)圖1－6）17英，左、右旋圓振光，其折射率略有不（見(jiàn)圖5-5）φ=(φR－φL)/2=π(nR－nL)d/λ二、菲涅耳對(duì)旋光現(xiàn)象的解釋同，導(dǎo)致出射時(shí)，其合成的線偏振光的由于nR與nL的差別太小，未能獲得成功。3、用一束自然光正射到偏振片I，則在偏振片Ⅱ后面，出現(xiàn)消光現(xiàn)象。5、實(shí)驗(yàn)表明:從石英晶體透射出來(lái)的光仍是線偏振光，但其振動(dòng)面各向左或向右旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度φ，此稱為旋光現(xiàn)象。nR﹤nLφ﹤0晶體是右旋的nR﹤nLφ﹤0晶體是右旋的ve＜v0no＜ne（3）當(dāng)光線沿任意傾斜方向傳播時(shí)，兩光線都是橢圓偏振光。圓偏振光的位相即旋轉(zhuǎn)電矢量的角位移，位相滯后即角度倒轉(zhuǎn)。α與λ的關(guān)系見(jiàn)下表：同，導(dǎo)致出射時(shí)，其合成的線偏振光的2、作為旋光物質(zhì)的石英正晶體具有新的特點(diǎn)（1）兩層波面（L光和R光）在與光軸交點(diǎn)處并不相切。（2）只有垂直于光軸傳播時(shí)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(dāng)光線沿任意傾斜方向傳播時(shí)，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(gè)逐步轉(zhuǎn)化的過(guò)程:見(jiàn)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(duì)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(wú)旋光晶體一樣，可以制成等位相延時(shí)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