天津大学：《工程光学》课程PPT教学课件（几何光学、物理光学）第十四章 光的偏振和晶体光学基础（14.2）光在晶体中的传播

第二节光在晶体中的传播 、晶体(Crystal)的双折射现象 1.双折射现象 天津大学精仪学院 光束在某些晶体中传播时,由于晶体对两个相互 垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射 光,这种现象称为双折射(Double Refraction) 天津大学制作一 24

1 1. 双折射现象 光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互 垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射 光，这种现象称为双折射 (Double Refraction)。 一、晶体(Crystal)的双折射现象 第二节 光在晶体中的传播

Calcite Crystal Birefringence 天津大学精仪学院 天岁 Figure2 24

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2/寻常光( Ordinary light, o光)和非寻常光 X Extraordinary light, e t) 两束折射光中,有一束光遵守折射定律,称为寻 天津大学精仪学院 常光(o光);另外一束一般不遵守折射定律,称 为非寻常光(e光)。 说明:1)O光和e光与晶体密不可分 2)折射定律的含义 折射定律有两个含义: 天津大学作 A.折射角的关系,B.入射光线和折射光线与法线同在一个平面。 24

3 2. 寻常光（Ordinary light, o光）和非寻常光 （ Extraordinary light ,e光） 两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻 常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称 为非寻常光（e光）。 折射定律有两个含义： A. 折射角的关系，B. 入射光线和折射光线与法线同在一个平面。 说明：1〕o光和e光与晶体密不可分 2〕折射定律的含义

二、晶体特性 方解石晶体结构 Calcite--CaCO3) 顿隅 天津大学精仪学院 788 /10152 788′ 10152′ 天津大学作 24

4 二、晶体特性 方解石晶体结构 （Calcite--CaCO3） 顿隅

光轴( Optical axis): 在双折射晶体中存在一个特殊的方向,当光 束在这个方向传播时不发生双折射,此 方向称为晶体的光轴。 在光轴方向上,0光和e光都遵守折射定律。而 天津大学精仪学院 且: no-ne 788 1052 O152 天津大学作 24

5 1、光轴(Optical axis)： 在双折射晶体中存在一个特殊的 方向，当光 束在这个方向传播时不发生双折射，此 方向称为晶体的光轴。 在光轴方向上，o 光和 e 光都遵守折射定律。而 且： no =ne

2、主平面( Principal plane)和主截面 (Principal section) 主平面:光线和光轴所组成的平面。 0光主平面:o光和晶体光轴组成的面为O主平面。 天津大学精仪学院 e光主平面:e光和晶体光轴组成的面为e主平面 主截面( Principal section): 光轴和晶体表面法线( Normal line)组成。 光线在一般情况下入射晶体,o光和e光是不同面的。 天津大学作 当入射光线在主截面内时,两面重合 24

6 2、主平面(Principal plane)和主截面 (Principal section)： 主平面：光线和光轴所组成的平面。 o光主平面：o光和晶体光轴组成的面为o主平面。 e光主平面：e光和晶体光轴组成的面为e主平面。 主截面(Principal section)： 光轴和晶体表面法线 (Normal line)组成。 光线在一般情况下入射晶体， o光和e光是不同面的。 当入射光线在主截面内时，两面重合

若方解石晶体各棱等长 表面法线n 788 788′ 10152 10152 天津大学精仪学院 n 2-10152s2 788′ 788′ 当入射光在主截面内时,O光e光主平面均为主截面 天津大学作 24

7 当入射光在主截面内时，o光e光主平面均为主截面。 表面法线n n 若方解石晶体各棱等长

0光与e光的偏振态 1、O光和e光都是线偏振光 2、O光振动方向与o光主平面垂直,因而总 与光轴垂直; 天津大学精仪学院 3、e光振动方向在e光主平面内,因而与光 轴的夹角随传播方向而改变; 4、当光线在主截面入射时,主平面与主截 面重合,则O光振动方向垂直于主截面, 天津大学作 e光振动方向在主截面内; 8 24

8 1、o光和e光都是线偏振光； o光与e光的偏振态 2、o光振动方向与o光主平面垂直，因而总 与光轴垂直； 3、e光振动方向在e光主平面内，因而与光 轴的夹角随传播方向而改变； 4、当光线在主截面入射时，主平面与主截 面重合，则o光振动方向垂直于主截面， e光振动方向在主截面内；

3.晶体的分类( Types of crystal): 各向同性晶体( Isotropic crystal):不产生双折 射现象。如:NaCl 天津大学精仪学院 ·双折射晶体( Anisotropic crystal): 单轴晶体( Uniaxial):只有一个光轴方向 的晶体。如:方解石( Calcite) 石英( Quartz) 双轴晶体( Biaxial):有两个光轴方向的晶体 如:云母(Mica)等。 天津大学作 9 24

9 3．晶体的分类（Types of crystal）： • 各向同性晶体（Isotropic crystal）：不产生双折 射现象。如：NaCl • 双折射晶体（Anisotropic crystal）： 单轴晶体（Uniaxial）：只有一个光轴方向 的晶体。如：方解石(Calcite)、 石英(Quartz)。 双轴晶体（Biaxial）：有两个光轴方向的晶体。 如：云母(Mica)等

4.单轴晶体中波的传播: z(光轴) 天津大学精仪学院 晶体中的波面 天津大学作 10 24

10 4．单轴晶体中波的传播： x y z (光轴) 晶体中的波面