中国科学技术大学：《光学 Optics》课程教学课件（PPT讲稿）光学期末习题课知识点汇总和例题讲解（4-7）

知识点汇总 >Ch4光的衍射 ·Fraunhofer单缝衍射 ·Fraunhofer圆孔衍射 ·衍射光栅 >Ch5晶体偏振光学 。 双折射 ·晶体偏振器 ·补偿器 ·偏振光的获得和检测 >Ch6光的散射 ·散射的定义 ·瑞利散射、米氏散射、拉曼散射 ·生活中的散射现象

➢ Ch4 光的衍射 • Fraunhofer单缝衍射 • Fraunhofer圆孔衍射 • 衍射光栅 ➢ Ch5 晶体偏振光学 • 双折射 • 晶体偏振器 • 补偿器 • 偏振光的获得和检测 ➢ Ch6 光的散射 • 散射的定义 • 瑞利散射、米氏散射、拉曼散射 • 生活中的散射现象 知识点汇总

知识点汇总 >Ch7光的量子性 ·黑体辐射 ·Planck光量子假说 ·光电效应 光的波粒二象性 。 de Broglie波

知识点汇总 ➢ Ch7 光的量子性 • 黑体辐射 • Planck光量子假说 • 光电效应 • Compton散射 • 光的波粒二象性 • de Broglie波

Chapter5晶体偏振光学 偏振光的检验和获得 光轴 光的偏振 双折射 主截面 主平面 o光 e光 晶体偏振器 晶体光学器件 波片 相位补偿器

光的偏振 主截⾯ 光轴 双折射 主平⾯ o光 e光 晶体偏振器 波⽚ 相位补偿器 晶体光学器件 偏振光的检验和获得 Chapter 5 晶体偏振光学

5.1双折射 1.双折射 >定义：一束光入射到介质中经过折射后变为两束光的现象。 >在晶体中的o光和e光都是线偏光。 ·o光（寻常光，ordinary):遵循折射定律 ·e光（非常光，extraordinary):不遵循折射定律 2.晶体 >宏观特点：具有规则几何形状 >微观特点：内部原子周期性排列 e光 >非晶体和液体 入射光 >单晶和多晶 0光 >双折射晶体：各向异性

5.1 双折射 1. 双折射 ➢ 定义：一束光入射到介质中经过折射后变为两束光的现象。 ➢ 在晶体中的o光和e光都是线偏光。 • o光（寻常光，ordinary）：遵循折射定律 • e光（非常光，extraordinary）：不遵循折射定律 2. 晶体 ➢ 宏观特点：具有规则几何形状 ➢ 微观特点：内部原子周期性排列 ➢ 非晶体和液体 ➢ 单晶和多晶 ➢ 双折射晶体：各向异性 e光 入射光 o光

5.1双折射 3.双折射晶体的特征参量 (1)光轴 >光轴本身不是一条线，而是一个方向，任何与上述直线平行 的直线，都是光轴。 >沿光轴入射没有双折射现象。 (2)主截面 >入射界面（晶体表面）的法线与光轴形成的平面。 >与晶体相关，与光线无关 >光轴本身也不是一个面，而是一组无穷多相互平行的面。 (3)主平面 >晶体中的光线与光轴所形成的平面。 >o光主平面和e光主平面 >一般情况下，各个面不重合

5.1 双折射 3. 双折射晶体的特征参量 (1) 光轴 ➢ 光轴本身不是一条线，而是一个方向，任何与上述直线平行 的直线，都是光轴。 ➢ 沿光轴入射没有双折射现象。 (2) 主截面 ➢ 入射界面（晶体表面）的法线与光轴形成的平面。 ➢ 与晶体相关，与光线无关 ➢ 光轴本身也不是一个面，而是一组无穷多相互平行的面。 (3) 主平面 ➢ 晶体中的光线与光轴所形成的平面。 ➢ o光主平面和e光主平面 ➢ 一般情况下，各个面不重合

5.1双折射 入射面 光轴 o光主平面 主截面 e光 e光主平面 0光

5.1 双折射 入射面 o光 e光 主截面 o光主平面 e光主平面 光轴

5.1双折射 4.o光和e光的光强 Ee=E sine E。 E。=E cose Ae=A sin0 A0=A cos0 Ie =I sin20 1=1cos20 主平面 0一入射光电场振动方向和主平面的夹角 E。 >两个重合：入射面与主截面重合 o光和e光主平面重合 >自然光入射若不考虑吸收，则有 。=1。=1

5.1 双折射 4. o光和e光的光强 Ee= E sinθ Eo = E cosθ Ae = A sinθ Ao = A cosθ Ie= I sin2θ Io= I cos2θ θ — 入射光电场振动方向和主平面的夹角 ➢ 两个重合：入射面与主截面重合 o光和e光主平面重合 ➢ 自然光入射若不考虑吸收，则有 Ie= Io = 1 2 I  Ee E Eo  Eo Ee E 主平面

5.1双折射 5.晶体中光波波面的特点 >除了两个特殊的方向，光传播方向与其椭球波面不垂直； >o光传播方向处处与其球波面垂直。 6.e光的主折射率n。 >光速c与光沿着与光轴垂直方向传播时的速度v的比值。 >正晶体和负晶体一负e折射小速度快 7.惠更斯作图法

5.1 双折射 5. 晶体中光波波面的特点 ➢ 除了两个特殊的方向，e光传播方向与其椭球波面不垂直； ➢ o光传播方向处处与其球波面垂直。 6. e光的主折射率ne ➢ 光速c与e光沿着与光轴垂直方向传播时的速度ve的比值。 ➢ 正晶体和负晶体——负e折射小速度快 7. 惠更斯作图法

5.2晶体光学器件 1.晶体偏振器一NGWR棱镜 >N-Nicol >G-Glan-Thompson >W-Wollaston >R-Rochon >消光比：通过偏振器后两正交偏振光的强度比。 2.波片一相位延迟作用一负e快，快的相位超前 >快轴：传播速度快的光矢量(light vector)的振动方向（轴） >负晶体的e轴和正晶体的o轴 >慢轴：传播速度慢的光的振动方向（轴） >负晶体的o轴和正晶体的e轴 >1/4波片(/4片) 一 π/2相位 >1/2波片(/2片)一π相位

5.2 晶体光学器件 1. 晶体偏振器 — NGWR棱镜 ➢ N — Nicol ➢ G — Glan-Thompson ➢ W — Wollaston ➢ R — Rochon ➢ 消光比：通过偏振器后两正交偏振光的强度比。 2. 波片——相位延迟作用——负e快，快的相位超前 ➢ 快轴：传播速度快的光矢量（light vector）的振动方向（轴） ➢ 负晶体的e轴和正晶体的o轴 ➢ 慢轴：传播速度慢的光的振动方向（轴） ➢ 负晶体的o轴和正晶体的e轴 ➢ 1/4波片（λ/4片）—— π/2相位 ➢ 1/2波片（λ/2片）—— π 相位

5.2晶体光学器件 3.相位补偿器一B&S补偿器 >B-Babinet >S-Soleil >光程差和相位差 △=(n。-ne)(d1-d2) △0= 2(n-nYd-d.)

5.2 晶体光学器件 3. 相位补偿器 — B&S补偿器 ➢ B — Babinet ➢ S — Soleil ➢ 光程差和相位差 o e 1 2  = − − ( )( ) n n d d o e 1 2 2 ( )( ) n n d d     = − −