光在晶体中的波面资料.pptx
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1、惠更斯假设晶体中发光点的波面o光为球面e光为旋转椭球面符合对光的本性和晶体结构的认识晶体微观结构的各向异性:分子为各向异性的振子,三个振动方向的振动固有频率为:方向确定大小不变相互垂直各向异性的振子的三个振动方向单轴晶体振子的振动方向为两个,设 平行于晶体光轴方向的振动频率为1垂直于晶体光轴方向的振动频率为2光通过晶体时,晶体中的带电粒子在光的交变电场作用下做受迫振动,其频率和入射光的频率相同。5.4 光在单轴晶体中的波面图光在单轴晶体中的波面图 入射光的电矢量振动方向和1 所在方向相同时,晶体中的带电粒子做稳定受迫振动,并发出频率与入射光频率相同的次波叠加形成折射波,其位相和1 有关。改变入
2、射光的方向或晶体的位置,若使入射光的电矢量振动方向和2 所在方向相同时,受迫振动位相和2 有关。晶体中振动方向不同的成分具有不同的位相传播速度决定光在晶体中的波面复习:受迫振动受力-kx;-v;F0 cost;运动学方程x=A cos(t+)其中(固有频率)初位相与0有关晶体可分为正晶和负晶晶体可分为正晶和负晶.neno的晶体的晶体,叫做正晶叫做正晶.如石英如石英.neno的晶体的晶体,叫做负晶叫做负晶.如方解石如方解石.对于钠黄光,方解石晶体的折射率:对于钠黄光,方解石晶体的折射率:e光沿垂直于光轴的方向光沿垂直于光轴的方向,折射率最小折射率最小,速度最大速度最大。对于钠黄光,石英晶体的折射
3、率对于钠黄光,石英晶体的折射率:e光沿垂直于光轴的方向光沿垂直于光轴的方向,折射率最大折射率最大,速度最小速度最小.光轴光轴e(1)负晶波面图负晶波面图Oeo 光轴光轴O-xyz是是方方解解石石晶晶体体内内的的三三维维坐坐标标,t=0时时刻刻自自原原点点发发出出的的光光振振动动,在在t=t时时刻刻,o光光振振动动传传到到以以v0t为为半半径径的的球球面面上上。因因此此,o光光的的波波面面图图是是球面球面.e光轴光轴eo(2)正晶的波面图正晶的波面图 光轴光轴e光波面图是长轴为光波面图是长轴为vet,短轴为短轴为vot,在光轴方向上在光轴方向上外切球面的椭球面外切球面的椭球面.钠黄光在石英晶体内
4、折射率钠黄光在石英晶体内折射率:ccA1A2A3voA3A1A2vove晶体光轴发光点 c过 c 点晶体主截面研究自c点发出的所有光线振动方向垂直于主截面(o光)在主截面内沿任何方向传播的光都使振子在垂直于光轴方向振动,其位相均与2有关,有相同的传播速度 vo不同传播方向光振动方向和主轴成不同夹角振动方向平行于主截面(e光)CA1方向:光振动方向光轴,受迫振动位 相与2有关,传播速度为 voCA2方向:光振动方向光轴,受迫振动位 相与1有关,传播速度为 veCA3方向:光振动方向与光轴成一夹角,传 播速度介于 vo和ve之间其波面为以光轴为轴的旋转椭球面其波面为以光轴为轴的球面讨论1、e光的传
5、播方向不一定垂直于波面晶体中特有的现象2、单轴晶体在光轴方向,旋转椭球波面和球波面相切,光的传播速度相同,不发生双折射。正晶体(positive):旋转椭球波面在球波面内负晶体(negetive):旋转椭球波面在球波面外正晶体正晶体负晶体负晶体光轴光轴光轴光轴光轴在入射面内时光轴垂直入射面时光轴光轴正晶体(如石英)负晶体(如方解石)入射面入射面o光波面o光波面e光波面e光波面(1)(1)作图法确定光在各向同性介质界面上的反射和折射光方向作图法确定光在各向同性介质界面上的反射和折射光方向.用惠更斯原理确定反射光和折射光传播方向用惠更斯原理确定反射光和折射光传播方向n1n2用惠更斯原理确定反射光用
6、惠更斯原理确定反射光的传播方向的传播方向.5.5 5.5 光在晶体中的传播方向光在晶体中的传播方向n1n2用惠更斯原理确定折射光的传播方向用惠更斯原理确定折射光的传播方向.双折射作图惠更斯作图空气空气晶体晶体(2)用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播方向(a)方解石方解石光轴光轴KeKoSeSo以以1.486为为半径作半圆圆半径作半圆圆以以o光波面半径光波面半径为短轴为短轴,1.658为长轴作椭圆为长轴作椭圆光轴平行于入射面光轴平行于入射面.空气空气晶体晶体(b)方解石)方解石光轴平行于入射面光轴平行于入射面.光轴光轴 令令AC等于等于1.658,取取1为半
7、径作圆为半径作圆 以以o光波面半径光波面半径为短轴为短轴,令令AC等于等于1.486,取取1作长轴作长轴,作椭圆作椭圆(c)石英石英(正晶正晶)光轴垂直于入射面光轴垂直于入射面空气空气晶体晶体光轴光轴ooee 以以AC为为1.54,取取1作半径画圆作半径画圆,作作o光波面光波面以以AC为为1.55,取取1作半径画圆作半径画圆,作作e光波面光波面光轴光轴(d d)方解石方解石:光轴平行于入射面光轴平行于入射面,光垂直入射到界面上光垂直入射到界面上.空气空气晶体晶体ooee石英:石英:空气空气石英石英光轴光轴ooee 空气方解石n1n0、neo光e光光轴方向ooEE用晶体的特点和惠更斯作图法确定晶
8、体中光线传播方向讨论单轴晶体内o光和e光的传播方向(以例说明)例1光轴在入射面内,自然光垂直入射至方解石(负晶体)表面o光不改变传播方向e光发生折射AA例2自然光垂直入射特例,光轴垂直于晶面空气方解石n1n0、neAAo(e)光光轴方向o光e光传播方向相同,不发生双折射,传播速度相同例3自然光垂直入射特例,光轴平行于晶面空气方解石n1n0、ne光轴方向AAo光e光传播方向相同,但传播速度不同o光e光例4光轴在入射面内,自然光从空气斜入射至方解石晶体表面ABDo光光轴方向e光垂直于光轴方向iieo光遵守折射定律e光不遵守折射定律空气方解石n1n0、neOEio令例5 光轴垂直入射面 自然光斜入射
9、方解石空气方解石n1n0、neABDi光轴方向 o光e光OEioie令令e光传播方向光轴方向,ne 为主折射率,此时可用折射定律例6 光轴在入射面内 线偏振光斜入射1、入射光振动入射面O光轴方向2、入射光振动 在入射面内空气方解石n1n0、ne光轴方向Ee光空气方解石n1n0、ne3、入射光的振动 与入射面有一夹 角现象如何?o光(方解石方解石)1 尼科耳棱镜尼科耳棱镜 钠光自然光钠光自然光480光轴光轴加拿大树胶加拿大树胶,对钠黄光的折对钠黄光的折射率为射率为1.55,介于方解石的介于方解石的1.486和和1.658 之间之间.(作用与偏振片同作用与偏振片同.)涂黑涂黑710 进入晶进入晶体
10、发生体发生双折射双折射O光被涂黑光被涂黑的界面吸的界面吸收收线偏线偏振光振光6805.6 偏振器件偏振器件 ABCFE尼科耳棱镜的制作过程尼科耳棱镜的制作过程33此角从71磨成为68DACFE涂上加拿大树胶68两块重新粘连成一块棱镜的粘合面ADCBA(D)B(C)尼科耳棱镜的横截面EFFABCDE注意剖面(粘合面)AECD和面ABCD的特点!6871ABCDACABCD光轴方向剖面AECD要求与A BCD相互垂直,两面交线为A C与晶体的两端面相互垂直,ADCB68光轴方向MN2、尼科耳棱镜原理771313S入射光:加拿大树胶o光被涂黑的镜壁吸收e光e光从光疏介质射入光密介质,不发生全反射o光
11、从光密介质射入光疏介质,发生全反射入射光SMAD,在棱镜表面上的入射角为:o光全反射临界角在棱镜ABC内分成o光和e光,o光折射角13,在加拿大树胶上的入射角为77ioc,发生全反射!e光通过棱镜ADC出射!22尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器.起偏器检偏器2 格兰格兰汤普森棱镜和格兰汤普森棱镜和格兰傅科棱镜傅科棱镜格兰格兰汤普森棱镜汤普森棱镜线偏振光线偏振光单色自单色自然光然光 光轴光轴方解石方解石涂黑涂黑 加拿大加拿大树胶树胶插页插页插页插页格兰格兰傅科棱镜傅科棱镜 光轴光轴 光轴光轴钠光自钠光自然光然光线偏振光线偏振光 3 沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜 钠光自钠光自然光然光 方解石方解石 加
12、拿大加拿大 树胶树胶e oeo1.4861.551.658eo 1.6851.551.458ADCBa、沃拉斯顿棱镜结构 光轴方向光轴方向ADCB由两块直角方解石棱镜胶合而成两棱镜光轴平行于各自表面光轴相互垂直b、沃拉斯顿棱镜原理 自然光垂直于AB面(垂直于光轴)入射时棱镜ADB的主截面在屏面内棱镜CDB的主截面垂直于屏面棱镜ADB产生的o光e光不分开棱镜ADB中o光e光速度不同MN E矢量垂直于屏面的偏振光对ADB为o光,对CDB为e光 ADCBMN 该束光从光密到光疏,向远离法向MN方向偏折;从CDB向外偏折时,进一步向远离法向MN方向偏折 E矢量在屏面内的偏振光对ADB为e光,对CDB
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- 晶体 中的 资料
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