光的双折射

bomoaa

一．双折射现象 一束入射到介质中的光经折射后变为两束光，称为双折射。 折射后的两束光都是线偏光，一束遵循折射定律，称为寻常光（O光）,另一束不遵循折射定律， 称为非常光（e光）。                                                                                                 二．双折射晶体 能够产生双折射的晶体。都是具有各向异性结构的。 方解石晶体，亦称冰洲石晶体，即CaCO3，碳酸钙的六角晶系，就是一种典型的双折射晶体。 石英（水晶）、红宝石、冰等也是双折射晶体。云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄等是另一类双折射晶体。                                                                                                 1． 晶体的光轴：光沿此方向入射时无双折射。按光轴可以将具有双折射特性的晶体分为单轴晶体 （方解石晶体、石英、红宝石、冰等）、双轴晶体（云母、蓝宝石、橄榄石、硫黄等），等等。 2． 主截面：入射界面的法线与光轴形成的平面。是与晶体相关的，与光线无关。                                                             3． 主平面：晶体中的光线与光轴所形成的平面。      o光主平面，e光主平面。      o光：振动方向垂直于主平面，即电矢量垂直于光轴。      e光：振动方向平行于主平面，即电矢量在e光主平面内。      通过选择合适的入射方向，可以使入射面与主截面重合，即光轴处于入射面之中。此时，o光主平      面、e光主平面重合，且均与主截面重合。4． o光、e光的光强     入射面与主截面重合，线偏光入射时，有 ,：偏振方向与主截面夹角。                                                                                                自然光入射时，如果不考虑吸收，有 三．单轴晶体中的波面 单轴晶体，其中的电子存在两个固有的振动频率，一个是与光轴平行方向的振动，，另一个是 与光轴垂直方向的振动。                                                                                                 o光传播时，电矢量垂直于光轴，所以沿各个方向传播时，振动频率相同，则速度也相同，其波 面为球面。e光在不同方向传播时，电矢量相对于光轴的方向不同，其振动频率也不同，所以速度也 不同，其波面为旋转椭球面。 由于e光在不同方向传播速度不同，折射率也不同。定义e光的主折射率如下： e光沿与光轴垂直方向传播时的速度为Ve，则其主折射率为ne=c/ve。 o光的折射率与方向无关，为no=c/vo 。 根据两种光折射率的相对大小，将晶体分为正晶体和负晶体。方解石为负晶体，石英为正晶体。 四．晶体的惠更斯作图法 针对光轴在入射面内的情形。 入射光的波面分别为AB，Ao'B'，Ae'B'， （一）步骤： 1． 由1与入射界面的交点A向2作垂线，交于B点。AB即为入射光波面。则B到达界面时，A点的光 已在介质中传播的时间为t=BB'/c。 2． 作O光波面：以A为中心，vot为半径作球面，该球面与过B'的平面的切点为Ao'，AAo'即为O光 的方向。 3． 作e光的波面：光轴与O光波面的交点也是光轴与e光波面的交点，为椭球面的一个轴，另一轴与 该轴垂直，长度为vet，可以作出椭球面，过B'点的平面与其切点为Ae'，AAe'为e光的方向。                                                             （二）关于e光的折射率 （三）几种特例                                                             双折射birefringence当自然光射在各向异性媒质上时，除了反射光线以外，一般地还存在两条折射光线，这种现象称为双折射。实验上发现：⑴有一条折射光线始终在入射面内，且满足折射定律。这条光线称为寻常光线。简称o光；另一条折射光线，除了入射面与主截面相重合的情况以外，不位于入射面内，不满足折射定律，这条光线称为非常光线，简称e光。⑵o光电矢量E的振动方向垂直于o光的主平面，e光的电矢量E的振动方向在e光的主平面内。当入射面和晶体的主截面相重合时，o光的主平面与e光的主平面相重合，o光和e光的电矢量E的振动方向互相垂直。⑶对单轴晶体而言，e光的折射率随光的传播方向与光轴间的夹角改变，传播方向与光轴方向重合时，e光的折射率和o光的折射率同为 。传播方向与光轴方向垂直时，e光的折射率为。和称为单轴晶体的主折射率。通常以来表征晶体的双折射。若△n为负，如方解石的△n=-1.90，这类晶体称为负单轴晶体。若△n为正，如水晶的△n=+0.009，这类晶体称为正单轴晶体。双轴晶体有三个主折射率。通常采用三个主折射率中最大的主折射率和最小主折射率之差来表征双轴晶体的双折射。