双折射现象理论分析及应用
双折射性
当光射入各向异性晶体(如方解石晶体)后,可以观察到有两束折射光,这种现象称为光的双折射现象。
两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光,通常用o
表
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示,简称o光;另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光,用e表示,简称e光。
光轴、主平面
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时将不发生 双折射,该方向称为晶体的光轴。
凡平行于此方向的直线均为光轴。光轴在入射面内, 光轴是一特殊的方向,若
实验发现:O光、 e 光均在入射面内传播, 且振动方向相互垂直。若沿光轴方向入射, O光和e光具有相同 的折射率和相同的波速,因而无双折射现象。
单轴晶体:只有一个光轴的晶体
双轴晶体:有两个光轴的晶体
主平面:晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。
用惠更斯原理解释光的双折射现象
晶体有正晶体和负晶体。正晶体 : ne> no 负晶体 : ne< no 惠更斯原理:O 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。 即具有各向同性的传播速率。
e 光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭球面。 沿光轴方向与O光具有相同的速率。
e 光在垂直于光轴方向上的传播速率Ve,在该方向的折射率 ne主 e 光在其它方向上的折射率在 n0~~~~~ne主之间 。
平行光倾斜入射,光轴在入射面内, 光轴与晶体表面斜交
如果光轴不在入射面内,球面和椭球面相切的点, 就不会在入射面内,则 O
光、e 光振动方向并不相互垂直。
平行光垂直入射,光轴在入射面内, 光轴与晶体表面斜交
出射两束偏振方向相互垂直的线偏光
平行光垂直入射,光轴在入射面内, 光轴平行晶体表面
出射光沿同方向传播,具有相互垂直的偏振方向。
双折射现象的应用
尼科耳棱镜:两块特殊要求加工的直角方解石,如图:光轴在ACNM平面内方向与AC成480,入射面取ACNM面
方解石的折射率n0=1.658, ne=1.486。加拿大树胶的折射率n=1.55,O光入射角大于其临界角arc sin(1.55/1.658)=69012’,被全反射,在CN处为涂黑层所吸收。出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光.
波晶片(波片)
厚度为d ,光轴与两个表面平行的双折射晶体薄片称为波片。当自然光垂直入射时,由晶体 出射的是振动方向相互垂直的 线偏振光,它们沿原入射方向 同向传播,但传播速度不同。
对于方解石晶体e光比O光快。对于石英晶体e光比O光慢。O光和e光两者到达波片的另一 表面时,必然有相位差。
,,(n,n)d2,/,,,(n,n)d设,为O光超前于e光的相位,则 其光程差为: eoeo
k,若O光和e光的相位差为:d=2kπ 则 d,,k,,1,,2,??n,neo
该波片称为波长片或全波片。
(2k,1),若O和e光相位差为 d=(2k+1)π 则 d,,k,0,,1,,2,??2(n,n)eo
称为二分之一波长片或半波片。
若O和e光相位差为 (2k+1)π/2 ,光程差是1/4 波长的奇数倍.
(2k,1),则d,,k,0,,1,,2,??称为四分之一波片。 4(n,n)0e
波片的作用是使通过它的O光和e光有相位上的 改变,因此也称为相位延迟器。在偏振光分析 中有着独特的作用。