光在各向异性介质中的传输特性.ppt

第四章光在各向异性介质中的传输特性------晶体光学基础晶体光学：研究光在晶体中的传播现象和规律现象---光在晶体中传播时表现出各向异性双折射二向色性旋光性偏振特性产生原因---晶体本身是各向异性的1、组成晶体的基元：原子，离子各向异性2、晶体中各基元排列分布对称性不同双折射现象(2）晶体的光轴(3)主平面和主截面(4)双折射光的偏振·§4.1晶体中的介电张量和折射率椭球各向异性介质（4.1-15）式可以写成矩阵形式§4.1.2折射率椭球选择椭球三根主轴作为坐标轴，可实现介电张量矩阵的对角化二、双轴晶体与单轴晶体单轴晶体折射率椭球是以x3为旋转轴的旋转椭球一般选择ne为x3轴方向，no在x1，x2方向x3轴----单轴晶体的光轴---vo=ve之方向三、正晶体与负晶体---对单轴晶体而言四、任意方向上的折射率n（θ）-----单轴晶体单轴晶体折射率椭球的几个特点：4、一个波矢k与x3轴的夹角为θ，则通过中心并与k垂直的平面与椭球的截面亦为一椭圆，其中一个半轴为no，另一个半轴为ne（θ）式中§4.2、光波在晶体中的传播§4.2.1、晶体中的电磁场单色平面波解结论：§4.2.2、相速度与射线速度相应的射线折射率§4.2.3基本方程第二基本方程§4.2.4菲涅耳方程光波的偏振态利用第一基本方程（4.2-20）和（4.2-21），D之分量为简化为下式由电位移矢量的对角矩阵式（4-15*）和第一基本方程（4-32）或（4-33）式得到电位移矢量的分量式Ei有解的条件为系数行列式为零ε0≠0，E·k≠0（互不垂直）亦就得到D’⊥D’’，只要n’≠n’’晶体中传播的光波的两个偏振态总是垂直的，给定k相应的D，E，S见图4-4同理可以利用第二基本方程得到二个nr，从而得到二个D，由二个D得到二个E，亦即得到两个S的简正模的偏振态E’和E’’，同样可以得到E’⊥E’’§4.2.5光波在单轴晶体中的传播由第一因式得到解讨论：o光和e光的偏振态2、e光求α，在（x2ox3）平面内观察，由图讨论：二、单轴晶体中的菲涅耳椭球光波面法线面2、射线曲面3、法线面§4.2.6双轴晶体中光波的传播特性将上述关系代入此式，则有立方晶体，代入上式，有用三个主轴坐标面与此四次曲面相截（假定n1<n2<n3),则得二、射线曲面同样前一因子轨迹为一圆，后一因子轨迹为椭圆，由于n1<n2<n3，因此ν1＞ν2＞ν3，所以圆与椭圆的内外位置与折射率曲面的位置内外相反§4.3光波在晶体表面上的反射和折射§4.3.1光波在晶体表面上的反射定律和折射定律边界条件：E的切线分量连续§4.3.2惠更斯作图法e在使用惠更斯原理和惠更斯作图法说明晶体中折射光方向时，有两种很有实际意义的双折射现象：②晶体表面平行于光轴方向切割，当光线垂直表面入射时，折射光方向也只有一个，但沿该方向传播的o光和e光的速度不同，因此通过晶片后，它们之间将产生一定的相位差。§4.3.3斯涅耳作图法一、单轴晶体2、光轴平行于晶体表面，平面波正入射，晶体内o光、e光的波法线、光线方向均相同，但传播速度不同4、平面光波在主截面内斜入射，晶体内o光和e光均在主截面内，出射晶体的两束光是偏振相互垂直的线偏振光，传播方向与入射光相同§4.4晶体光学器件格兰·付科棱镜与格兰·汤普逊棱镜相对应，但中间为空气间隙2）二向色性偏振片电气石，硫酸碘，奎宁等晶体对两个相互垂直的偏振态，光波具有选择性吸收功能§4.4.2偏光分束器---o，e双输出棱镜二、可调分束角棱镜三、平行分束偏光镜§4.4.3波片和相位补偿器---相位延迟器1、全波片2、半波片半波片产生的附加相位延迟为3、1/4波片¼波片产生的附加位相差为四分之一波片二、相位补偿器§4.5偏振光的干涉§4.5.1平行偏振光的干涉晶片C，光轴如图示，主平面与N1夹角为α平行光入射，N1后振动矢量E0讨论：当晶片厚度不均匀时，将看到明暗交替的干涉条纹斑点若用自然光照明，将呈现彩色光斑结论：1、N1∥N2与N1⊥N2两种干涉图样是互补的2、只要晶片的两个偏振方向与N1或N2中的任一个主平面平行时干涉图样就消失（不是暗就是一片亮）当转动晶片时，根据干涉图样消失情况，就能确定晶片的主振方向§4.5.2会聚偏振光的干涉一、单轴晶片干涉图1、垂直切割：光轴垂直于表面图（a）：结论：1、入射角θi相同，折射角θ2也相同，也相同，M点之轨迹为一圆2、不同的入射角，对应不同的半径的圆，θi大，半径也大3、θi=0°时，光波沿光轴传播ne=no，中间为一亮斑4、不同的入射角，产生不同的θ2，o光e光之位相差随θ变化从而产生相消干涉和相长干涉，干涉条纹是中心为亮斑的同心圆环，若白光照明，则为彩色同心圆正交偏振片N1⊥N2的影响（图b）以θi为入射角的光波组成一个圆锥面N1：只有平行于N1通光面的电矢