1、1會(huì)聚光的會(huì)聚光的電光效應(yīng)電光效應(yīng)2 光的干涉和衍射現(xiàn)象不能分辨光波是橫波還是縱光的干涉和衍射現(xiàn)象不能分辨光波是橫波還是縱 波，因?yàn)檫@兩種波都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。波，因?yàn)檫@兩種波都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 光的光的偏振現(xiàn)象則清楚地顯示了光的橫波性。偏振現(xiàn)象則清楚地顯示了光的橫波性。 光的偏振也是肯定光是電磁波的根據(jù)之一。光的偏振也是肯定光是電磁波的根據(jù)之一。 由于光的偏振，使光的傳播又出現(xiàn)了一些新的特由于光的偏振，使光的傳播又出現(xiàn)了一些新的特 點(diǎn)。點(diǎn)。314.1.1 14.1.1 橫波的偏振性橫波的偏振性 沿縱波的傳播方向作任意平面，波的運(yùn)動(dòng)情況相沿縱波的傳播方向作任意平面，波的運(yùn)動(dòng)情況相同，具有對(duì)稱性，

2、即同，具有對(duì)稱性，即 縱波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向縱波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向是軸對(duì)稱的。是軸對(duì)稱的。4橫波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向不是軸對(duì)稱的。橫波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向不是軸對(duì)稱的。5 2 2、振動(dòng)面的概念、振動(dòng)面的概念 振動(dòng)方向與傳播方向組成的平面。振動(dòng)方向與傳播方向組成的平面。1 1、偏振、偏振 波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫偏振。偏振。 這就是說，橫波具有偏振性，而縱波不具備偏這就是說，橫波具有偏振性，而縱波不具備偏振性。振性。 光是橫波，應(yīng)該具有偏振性。光是橫波，應(yīng)該具有偏振性。614.1.2 14.1.2 自然光自然光1 1、自然光是非偏振光、

3、自然光是非偏振光其根源仍在熱原子發(fā)光具有間歇性和獨(dú)立性。其根源仍在熱原子發(fā)光具有間歇性和獨(dú)立性。光波雖然是橫波，但普通光源發(fā)出的光是自然光，光波雖然是橫波，但普通光源發(fā)出的光是自然光，不是偏振光。不是偏振光。普通光源中每個(gè)原子所發(fā)出的光其普通光源中每個(gè)原子所發(fā)出的光其位相關(guān)系位相關(guān)系及及振動(dòng)振動(dòng)方向方向都是都是隨機(jī)隨機(jī)的。的。7cExyz 一串光波列是橫波。但從宏觀上看，光源發(fā)出的光一串光波列是橫波。但從宏觀上看，光源發(fā)出的光中包含了所有方向的光振動(dòng)，振動(dòng)面可以分布在一切中包含了所有方向的光振動(dòng)，振動(dòng)面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量對(duì)時(shí)間的平均值是相等可能的方位，任何方向光矢量對(duì)時(shí)間

4、的平均值是相等的。的。S所以自然光的光振動(dòng)對(duì)光的傳播方向是軸對(duì)稱而又均所以自然光的光振動(dòng)對(duì)光的傳播方向是軸對(duì)稱而又均勻分布的。勻分布的。8 光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既有時(shí)間分布的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有時(shí)間分布的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有這種特性的光就叫有這種特性的光就叫自然光自然光 。 ( ( 或者說，具有或者說，具有各各個(gè)方向個(gè)方向的光振動(dòng)的光振動(dòng)，且又，且又無固定的位相關(guān)系無固定的位相關(guān)系的光的光) )。結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī)性所破壞或掩結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī)性所破壞或掩蓋。蓋。92 2、自然光的

5、分解、自然光的分解一個(gè)簡諧振動(dòng)總可以分解為兩一個(gè)簡諧振動(dòng)總可以分解為兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)。個(gè)相互垂直的振動(dòng)。cosiixAA siniiyAA iyixAA 且一般且一般 iAiyAixAyx例如，一個(gè)振幅為的振動(dòng)可例如，一個(gè)振幅為的振動(dòng)可分解為分解為10自然光在各個(gè)方向上都有振動(dòng)，自然光在各個(gè)方向上都有振動(dòng)，其中每個(gè)振動(dòng)都可以這樣分解，其中每個(gè)振動(dòng)都可以這樣分解，即即iyyixxAAAAyxAA 由對(duì)稱性知，有由對(duì)稱性知，有所以，所以，沒有一個(gè)方向的振動(dòng)優(yōu)于其它方向。這個(gè)結(jié)果沒有一個(gè)方向的振動(dòng)優(yōu)于其它方向。這個(gè)結(jié)果與坐標(biāo)系無關(guān)。與坐標(biāo)系無關(guān)。iAiyAixAyx11SuxyS.uS 表示該光的

6、振動(dòng)面就在紙平面內(nèi)。表示該光的振動(dòng)面就在紙平面內(nèi)。 表示該光的振動(dòng)方向垂直于紙平面；表示該光的振動(dòng)方向垂直于紙平面；3 3、自然光的表示、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，在由于自然光的波振幅在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，在各個(gè)方向上的分布平均相等，因此將波振幅在該平面內(nèi)向各個(gè)方向上的分布平均相等，因此將波振幅在該平面內(nèi)向任意的兩個(gè)正交方向進(jìn)行分解，都可以得到兩個(gè)振動(dòng)方向任意的兩個(gè)正交方向進(jìn)行分解，都可以得到兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直且振幅相等的振動(dòng)，故此自然光常用下圖表示：互相垂直且振幅相等的振動(dòng)，故此自然光常用下圖表示：1214.1.3 14.1.3 線偏振光線偏振光如果光波

7、的光矢量的方向始終不變，只沿一個(gè)固定方如果光波的光矢量的方向始終不變，只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)時(shí)，這種光稱為向振動(dòng)時(shí)，這種光稱為線偏振光線偏振光. . 1314.1.4 14.1.4 部分偏振光部分偏振光這種光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，各方向的振這種光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，各方向的振動(dòng)都有，但它們的振幅大小不相等，稱為動(dòng)都有，但它們的振幅大小不相等，稱為部分偏振光部分偏振光. . 例例：晴朗蔚藍(lán)色的天空中所散射的日光多是部分偏振晴朗蔚藍(lán)色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光與入射光的方向越接近垂直，散射光的偏光，散射光與入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高振度越高。1414

8、.2.1 14.2.1 偏振片的起偏和檢偏偏振片的起偏和檢偏1 1、偏振器、偏振器：把自然光變成為全偏振光的儀器。：把自然光變成為全偏振光的儀器。有些晶體（例如硫酸金雞鈉鹼）對(duì)互相垂直的兩個(gè)有些晶體（例如硫酸金雞鈉鹼）對(duì)互相垂直的兩個(gè)分振動(dòng)光矢量具有選擇性吸收，這種現(xiàn)象稱作晶體分振動(dòng)光矢量具有選擇性吸收，這種現(xiàn)象稱作晶體的的二向色性二向色性。起偏起偏： 把自然光變成偏振光。把自然光變成偏振光。15偏振器偏振器透光軸透光軸自然光自然光偏振光偏振光自然光通過這種晶體薄片后，自然光通過這種晶體薄片后，只剩下一個(gè)方向的振只剩下一個(gè)方向的振動(dòng)，而另一個(gè)方向的振動(dòng)則被吸收。動(dòng)，而另一個(gè)方向的振動(dòng)則被吸收。

9、這種晶體薄片這種晶體薄片就可做偏振片。就可做偏振片。16 偏振片上允許通過光振動(dòng)的方向叫做偏振片的偏振片上允許通過光振動(dòng)的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫偏振化方向。也叫透光軸透光軸。 2 2、偏振片的偏振化方向、偏振片的偏振化方向17 自然光通過偏振片后即成為線偏振光，線偏振光自然光通過偏振片后即成為線偏振光，線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向相同。此時(shí)的偏的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向相同。此時(shí)的偏振片稱為振片稱為起偏器起偏器。 若入射自然光的光強(qiáng)為若入射自然光的光強(qiáng)為I0 0，其通過偏振片后，光，其通過偏振片后，光強(qiáng)降為強(qiáng)降為I0 0/2/2。0I021I18 自然光通過起偏器后成為

10、偏振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振自然光通過起偏器后成為偏振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振片就可得到不同方向的偏振光?？墒侨搜蹖?duì)光振動(dòng)片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼對(duì)光振動(dòng)的方向不敏感，無論怎樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺不到的方向不敏感，無論怎樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺不到光強(qiáng)的變化。光強(qiáng)的變化。3 3、自然光、偏振光、部分偏振光的檢驗(yàn)、自然光、偏振光、部分偏振光的檢驗(yàn) 如果入射的是線偏振光，若偏振化方向與線偏振如果入射的是線偏振光，若偏振化方向與線偏振光的振動(dòng)方向成光的振動(dòng)方向成9090角，則線偏振光將完全不能通角，則線偏振光將完全不能通過。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，在視場中就可看到光過。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，在視場中就可看到光強(qiáng)

11、的明顯變化，并有消光現(xiàn)象。強(qiáng)的明顯變化，并有消光現(xiàn)象。19偏振片轉(zhuǎn)一周偏振片轉(zhuǎn)一周消光消光線偏光線偏光部分偏光部分偏光強(qiáng)度變，無強(qiáng)度變，無消光消光自然光自然光強(qiáng)度不變強(qiáng)度不變透光軸透光軸 如果入射的是部如果入射的是部分偏振光，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏分偏振光，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，視場中光強(qiáng)振片時(shí)，視場中光強(qiáng)有變化，但不十分明有變化，但不十分明顯，無消光現(xiàn)象。顯，無消光現(xiàn)象。應(yīng)用應(yīng)用：制成安全汽車燈；：制成安全汽車燈； 在大房間內(nèi)的風(fēng)洞上裝上兩塊可自由旋轉(zhuǎn)的偏在大房間內(nèi)的風(fēng)洞上裝上兩塊可自由旋轉(zhuǎn)的偏振片，可使室內(nèi)光線具有浪漫色彩。振片，可使室內(nèi)光線具有浪漫色彩。20 光強(qiáng)為光強(qiáng)為I0 0的線偏振光，當(dāng)其振動(dòng)方向與偏

12、振片的偏的線偏振光，當(dāng)其振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向的成振化方向的成角時(shí)，則透過偏振片的光強(qiáng)為：角時(shí)，則透過偏振片的光強(qiáng)為：20cosII 注意兩點(diǎn)：注意兩點(diǎn)：入射光必須是線偏振光，不是自然光；入射光必須是線偏振光，不是自然光；是與是與coscos2 2正比，而不是與正比，而不是與coscos正比。正比。14.2.2 14.2.2 馬呂斯定律馬呂斯定律AI0I21證明：證明：ON1表示入射線偏振光的振動(dòng)方向，表示入射線偏振光的振動(dòng)方向，ON2表示檢偏器的透表示檢偏器的透光軸方向，兩者的夾角為光軸方向，兩者的夾角為.入射線偏振光的光矢量振幅為入射線偏振光的光矢量振幅為E0，將此光矢量沿，將此光矢

13、量沿ON2及垂直于及垂直于ON2的方向分解為兩個(gè)分的方向分解為兩個(gè)分量，它們的大小分別為量，它們的大小分別為E0cos 和和E0sin ，其中只有平行于，其中只有平行于檢偏器透光軸方向檢偏器透光軸方向ON2的分量可以透過檢偏器的分量可以透過檢偏器.由于光強(qiáng)和由于光強(qiáng)和振幅的平方成正比，所以透過檢偏器的透射光強(qiáng)振幅的平方成正比，所以透過檢偏器的透射光強(qiáng)I和入射和入射線偏振光的光強(qiáng)線偏振光的光強(qiáng)I0之比為之比為220200(cos)cosEIIE20cosII即22偏振器偏振器自然光自然光檢偏器檢偏器I I1 1I I2 2 如果入射到檢偏片的線偏振光是穿過起偏器的光，如果入射到檢偏片的線偏振光是

14、穿過起偏器的光，則公式中的則公式中的角就是兩偏振片的偏振化方向之間的夾角就是兩偏振片的偏振化方向之間的夾角。角。23例例14.2要使一束線偏振光通過偏振片后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)要使一束線偏振光通過偏振片后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過過90，至少需要讓這束光通過幾塊理想偏振片？，至少需要讓這束光通過幾塊理想偏振片？在此情況下，透射光強(qiáng)最大是原來光強(qiáng)的多少倍？在此情況下，透射光強(qiáng)最大是原來光強(qiáng)的多少倍？解至少需要兩塊理想偏振片解至少需要兩塊理想偏振片(如如圖圖14.7所示所示).其中其中P1透光軸與線偏透光軸與線偏振光振動(dòng)方向的夾角為振光振動(dòng)方向的夾角為，第二塊，第二塊偏振片透光軸與偏振片透光軸與P1透光軸夾角為透光軸夾角

15、為(90).設(shè)入射線偏振光原來的設(shè)入射線偏振光原來的光強(qiáng)為光強(qiáng)為I0，則透射光強(qiáng)，則透射光強(qiáng)22222000coscos (90)cossinsin 24IIII當(dāng)當(dāng)290，即，即45時(shí)，時(shí)， .0max4III24 光在兩種介質(zhì)界面上的行為比較復(fù)雜。例如傳光在兩種介質(zhì)界面上的行為比較復(fù)雜。例如傳播方向可能改變，能流（即振幅）將重新分配，位播方向可能改變，能流（即振幅）將重新分配，位相可能突變。下面的討論表明，在界面上可能還有相可能突變。下面的討論表明，在界面上可能還有偏振特性的改變。偏振特性的改變。25一、反射光和折射光的偏振一、反射光和折射光的偏振在一般情況下，反射在一般情況下，反射光和折

16、射光都是部分偏光和折射光都是部分偏振光。振光。n2n1ir反射光中是垂直入射反射光中是垂直入射面的面的E E矢量占優(yōu)勢(shì)，在矢量占優(yōu)勢(shì)，在折射光中則是平行入折射光中則是平行入射面的射面的E E矢量占優(yōu)勢(shì)。矢量占優(yōu)勢(shì)。反射光、折射光的偏振化程度隨入射角反射光、折射光的偏振化程度隨入射角i而變。而變。26 二布儒斯特定律二布儒斯特定律當(dāng)入射角為某角度當(dāng)入射角為某角度 i0 0 ，即滿足，即滿足120nntgi 時(shí)，反射光中只有垂直入射面的時(shí)，反射光中只有垂直入射面的矢量而成為線偏矢量而成為線偏振光，但折射光仍為部分偏振光，這一規(guī)律稱之為振光，但折射光仍為部分偏振光，這一規(guī)律稱之為布儒斯特定律。布儒斯

17、特定律。27使反射光成為全偏振光時(shí)的入射角使反射光成為全偏振光時(shí)的入射角i0 0稱為布儒斯特稱為布儒斯特 角。角。n2n10i0r 當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)，反射線和折射線互相當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)，反射線和折射線互相 垂直，即有垂直，即有2/00i28證明：證明：由折射定律由折射定律021sinsininn由布儒斯特定律有：由布儒斯特定律有：02001sintancosiniini0i0n1n2自然光自然光完全偏光完全偏光部分偏光部分偏光90o0sincos i02i29 必須說明的是：雖然反射光是必須說明的是：雖然反射光是E E矢量垂直于入射矢量垂直于入射面的線偏振光，但反射光中的垂直分量只

18、占入射光面的線偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的中全部垂直分量的15%15%，即反射偏振光非常微弱，即反射偏振光非常微弱-這也說明了折射光依然是部分偏振光。這也說明了折射光依然是部分偏振光。30三、應(yīng)用、應(yīng)用 用玻璃片堆獲取偏振光用玻璃片堆獲取偏振光i0接近完全偏振光接近完全偏振光3132 在激光器的諧振腔中開有布儒斯特窗，故激光是在激光器的諧振腔中開有布儒斯特窗，故激光是 偏振光。偏振光。 也可用玻璃片作檢偏器。也可用玻璃片作檢偏器。 在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧調(diào)、柔和，可在攝影機(jī)前頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振調(diào)、柔和，可

19、在攝影機(jī)前頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片可減少入射的反射光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反片可減少入射的反射光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝有偏振片的眼鏡，射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝有偏振片的眼鏡，或在望遠(yuǎn)鏡前加偏振片?；蛟谕h(yuǎn)鏡前加偏振片。33例例14.4如圖如圖14.10所示為一玻璃三棱鏡，材料的折所示為一玻璃三棱鏡，材料的折射率為射率為n1.50，設(shè)光在棱鏡中傳播時(shí)能量不被吸收，設(shè)光在棱鏡中傳播時(shí)能量不被吸收.問：問：(1)一束光強(qiáng)為一束光強(qiáng)為I0的單色光，從空氣入射到棱鏡的單色光，從空氣入射到棱鏡左側(cè)界面折射進(jìn)入棱鏡左側(cè)界面折射進(jìn)入棱鏡.若要求入射光全部能進(jìn)入棱若要求入射光全部能進(jìn)入棱

20、鏡，對(duì)入射光和入射角有何要求？鏡，對(duì)入射光和入射角有何要求？(2)若要求光束經(jīng)棱鏡若要求光束經(jīng)棱鏡從右側(cè)折射出來，強(qiáng)從右側(cè)折射出來，強(qiáng)度仍保持不變，則對(duì)度仍保持不變，則對(duì)棱鏡頂角有何要求？棱鏡頂角有何要求？圖圖14.10 34解解(1)若要求入射光全部折射到棱鏡里，則要求若要求入射光全部折射到棱鏡里，則要求其反射光強(qiáng)度為零其反射光強(qiáng)度為零.對(duì)于自然光這條件無法滿足對(duì)于自然光這條件無法滿足.若入射光為光振動(dòng)平行入射面的線偏振光，則在若入射光為光振動(dòng)平行入射面的線偏振光，則在入射角等于起偏振角的情況下，反射光束的強(qiáng)度入射角等于起偏振角的情況下，反射光束的強(qiáng)度為零，入射光將全部進(jìn)入棱鏡為零，入射光將

21、全部進(jìn)入棱鏡.因此要求入射光是因此要求入射光是振動(dòng)方向平行于入射面的線偏振光振動(dòng)方向平行于入射面的線偏振光.入射角入射角i01為為01arctanarctan1.5056.3in35(2)當(dāng)進(jìn)入棱鏡的光射到棱鏡右側(cè)界面，因它只包含當(dāng)進(jìn)入棱鏡的光射到棱鏡右側(cè)界面，因它只包含平行入射面的光振動(dòng)，只要以起偏振角入射，則其平行入射面的光振動(dòng)，只要以起偏振角入射，則其反射光的強(qiáng)度仍然為零，進(jìn)入棱鏡的光將全部折射反射光的強(qiáng)度仍然為零，進(jìn)入棱鏡的光將全部折射出棱鏡而保持強(qiáng)度不變出棱鏡而保持強(qiáng)度不變.這時(shí)投射到界面這時(shí)投射到界面AC的起偏的起偏振角振角i02為為0211arctanarctan33.71.5i

22、n因?yàn)橐驗(yàn)?從圖從圖14.10上的幾何上的幾何關(guān)系可以看出關(guān)系可以看出01102222ii，10201029056.333.767.42Aiii36分子中的一個(gè)電子振動(dòng)時(shí)發(fā)出的光是偏振的，它的分子中的一個(gè)電子振動(dòng)時(shí)發(fā)出的光是偏振的，它的光振動(dòng)方向總是垂直于光的傳播方向光振動(dòng)方向總是垂直于光的傳播方向(橫波橫波)，并和，并和電子的振動(dòng)方向在同一個(gè)平面內(nèi)電子的振動(dòng)方向在同一個(gè)平面內(nèi).但是，往各方向但是，往各方向發(fā)出的光強(qiáng)度不同：在垂直于電子振動(dòng)的方向，強(qiáng)發(fā)出的光強(qiáng)度不同：在垂直于電子振動(dòng)的方向，強(qiáng)度最大；在沿電子振動(dòng)的方向，強(qiáng)度為零度最大；在沿電子振動(dòng)的方向，強(qiáng)度為零 .一束光射到一個(gè)微?；蚍肿由?/p>

23、，就會(huì)使其中的電子一束光射到一個(gè)微?；蚍肿由希蜁?huì)使其中的電子在光束內(nèi)的電場矢量的作用下振動(dòng)在光束內(nèi)的電場矢量的作用下振動(dòng).此類振動(dòng)中的電此類振動(dòng)中的電子會(huì)向其周圍四面八方發(fā)射同頻率的電磁波，即光子會(huì)向其周圍四面八方發(fā)射同頻率的電磁波，即光.這種現(xiàn)象叫做這種現(xiàn)象叫做光的散射光的散射. 37圖圖14.11表示了這種情形，表示了這種情形，O處有一電子沿豎直方向處有一電子沿豎直方向振動(dòng)，它發(fā)出的球面波向振動(dòng)，它發(fā)出的球面波向四周傳播，各條光線上的四周傳播，各條光線上的短線表示該方向上光振動(dòng)短線表示該方向上光振動(dòng)的方向，短線的長短大致的方向，短線的長短大致表示該方向上光振動(dòng)的振表示該方向上光振動(dòng)的振幅

24、幅.圖圖14.11振動(dòng)的電子發(fā)出的光的振動(dòng)的電子發(fā)出的光的 振幅和偏振方向示意圖振幅和偏振方向示意圖 38按照電磁理論，每個(gè)散射光波的振幅是與它的頻率按照電磁理論，每個(gè)散射光波的振幅是與它的頻率的平方成正比，而其光強(qiáng)又和它的振幅的平方成正的平方成正比，而其光強(qiáng)又和它的振幅的平方成正比，所以散射光的強(qiáng)度和光的頻率的比，所以散射光的強(qiáng)度和光的頻率的4次方成正比次方成正比. 3914.5.1 14.5.1 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 尋常光和非常光尋常光和非常光常數(shù)sin/sini且入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，且入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，這是光在這是光在各向同性均勻媒質(zhì)中的折射現(xiàn)象。各向同性

25、均勻媒質(zhì)中的折射現(xiàn)象。例如光從空氣射向水、玻璃、或呈熔融態(tài)的石英時(shí)。例如光從空氣射向水、玻璃、或呈熔融態(tài)的石英時(shí)。當(dāng)一束光投射到兩種媒質(zhì)的交界處，一般只能看到當(dāng)一束光投射到兩種媒質(zhì)的交界處，一般只能看到一束折射光，折射定律為：一束折射光，折射定律為：40 但是，如果將光束射向各向異性的晶體中時(shí)，例如但是，如果將光束射向各向異性的晶體中時(shí)，例如將一束光投向方解石（冰州石），透過方解石的光則將一束光投向方解石（冰州石），透過方解石的光則有兩束。有兩束。所謂各向異性，是指晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)。所謂各向異性，是指晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)。v 各向各向( (同同) )異性的微觀本質(zhì)異性的微觀本質(zhì) 若

26、組成固體的晶粒在空間的取向是若組成固體的晶粒在空間的取向是無規(guī)則的無規(guī)則的，就，就表現(xiàn)出表現(xiàn)出各向同性；各向同性；若組成固體的晶粒在空間有若組成固體的晶粒在空間有一定的一定的取向取向，就表現(xiàn)出，就表現(xiàn)出各向異性。各向異性。41v 能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。 如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。 晶體晶體( (固體固體) )的各向異性的各向異性例：云母只容易沿一個(gè)平面劈開；例：云母只容易沿一個(gè)平面劈開； 結(jié)晶的石墨在每兩個(gè)相對(duì)面之結(jié)晶的石墨在每兩個(gè)相對(duì)面之間并不具有相同的電阻。間并不具有相同的電阻。 鎳晶體只在一個(gè)

27、確定的方向上鎳晶體只在一個(gè)確定的方向上容易被磁化。容易被磁化。421 1、雙折射現(xiàn)象、雙折射現(xiàn)象 當(dāng)一束光在晶體的表面折射時(shí)，在晶體內(nèi)可產(chǎn)當(dāng)一束光在晶體的表面折射時(shí)，在晶體內(nèi)可產(chǎn)生兩束折射光。這就是雙折射現(xiàn)象。生兩束折射光。這就是雙折射現(xiàn)象。oeo43 如果將光束如果將光束正入射正入射在方解石上，并將方解石圍繞在方解石上，并將方解石圍繞著入射光束旋轉(zhuǎn)，則發(fā)現(xiàn)其中一光束不動(dòng)，而另一光著入射光束旋轉(zhuǎn)，則發(fā)現(xiàn)其中一光束不動(dòng)，而另一光束跟著旋轉(zhuǎn)一周。束跟著旋轉(zhuǎn)一周。2 2、尋常光（、尋常光（o o光）和非尋常光（光）和非尋常光（e e光）光）在兩折射光束中在兩折射光束中v 有一束光有一束光遵守普通的折

28、射定律遵守普通的折射定律，稱為尋常光，稱為尋常光 (o(o光光) )。常數(shù)12sinsinnni 不管入射光束方位如何，不管入射光束方位如何，o o光總在入射面內(nèi)。光總在入射面內(nèi)。44注意：注意： o o光和光和e e光只有在雙折射光只有在雙折射晶體的內(nèi)部晶體的內(nèi)部才有意才有意 義義。常數(shù)12sinsinnniv 另一束光另一束光不遵守普通不遵守普通的折射定律的折射定律，稱非常光，稱非常光 (e(e光光) )。 即使入射角為即使入射角為0 0，折射角也不等于，折射角也不等于0 0，而且，而且e e光往光往往不在入射面內(nèi)。往不在入射面內(nèi)。 v o o光和光和e e光都是線偏振光。光都是線偏振光。

29、eoo4514.5.2 14.5.2 晶體的光軸與光線的主平面晶體的光軸與光線的主平面v 方解石方解石( (冰洲石冰洲石CaCOCaCO3 3）v 能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。 如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。46天然方解石晶體的外形為平行六面體，每個(gè)表面天然方解石晶體的外形為平行六面體，每個(gè)表面都是平行四邊形都是平行四邊形( (或菱形或菱形),),銳角為銳角為 7878o o8 8 78 78o o鈍角為鈍角為 101101o o52 52 102 102o o六面體共有六面體共有8 8個(gè)頂角，其中個(gè)頂角，其

30、中2 2個(gè)由三面鈍角組成個(gè)由三面鈍角組成( (稱為鈍隅稱為鈍隅) )；而其余；而其余6 6個(gè)則由一個(gè)鈍角和兩個(gè)銳角個(gè)則由一個(gè)鈍角和兩個(gè)銳角組成。組成。102o78o一個(gè)晶面一個(gè)晶面鈍隅鈍隅102o47 方解石光軸方向是從它的一個(gè)鈍隅所作的方解石光軸方向是從它的一個(gè)鈍隅所作的等分角等分角線線。即它與鈍隅的三條棱邊成等角。即它與鈍隅的三條棱邊成等角。1 1、光軸、光軸v 晶體內(nèi)存在一個(gè)特殊方向晶體內(nèi)存在一個(gè)特殊方向，當(dāng)光在晶體中沿此方當(dāng)光在晶體中沿此方向傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，此特殊方向稱為晶體向傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，此特殊方向稱為晶體的的光軸光軸。注意：光軸不是指一條特定的注意：光軸不是指

31、一條特定的直線，而是一直線，而是一特定的方向。凡特定的方向。凡是與此方向平行的直線方向均是與此方向平行的直線方向均為光軸方向。為光軸方向。鈍隅鈍隅48v 單軸晶體和多軸晶體單軸晶體和多軸晶體 一般晶體只有一個(gè)光軸，稱為單軸晶體，例如冰一般晶體只有一個(gè)光軸，稱為單軸晶體，例如冰洲石、石英、紅寶石等；洲石、石英、紅寶石等； 也有些晶體有兩個(gè)光軸或更多的光軸，它們稱為也有些晶體有兩個(gè)光軸或更多的光軸，它們稱為雙軸晶體或多軸晶體，雙軸晶體或多軸晶體， 如云母、硫磺、蘭寶石等。如云母、硫磺、蘭寶石等。我們只討論單軸晶體。我們只討論單軸晶體。49 2 2、主平面、主平面o o光和光和e e光都是線偏振光，

32、且：光都是線偏振光，且： 光軸光軸O主主平平面面光軸光軸e主主平平面面晶體中任何一條折射線與光軸所組成的平面叫做晶晶體中任何一條折射線與光軸所組成的平面叫做晶體的主平面。體的主平面。晶體中有兩種主平面，即晶體中有兩種主平面，即o o光和光和e e光的主平面。光的主平面。o o光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面；光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面； e e光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面。光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面。503 3、主截面、主截面如果某入射面與光軸共面，則該入射面就稱之為主如果某入射面與光軸共面，則該入射面就稱之為主截面。截面。若入射面為主截面，則若入射面為主截面，則o o光、光、光的主平

33、面重合，光的主平面重合，此時(shí)此時(shí)、光的振動(dòng)方向互相垂直。光的振動(dòng)方向互相垂直。5114.5.3 14.5.3 用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象 發(fā)生雙折射現(xiàn)象，主要是因?yàn)榫w的物理性質(zhì)是各發(fā)生雙折射現(xiàn)象，主要是因?yàn)榫w的物理性質(zhì)是各向異性。晶體中的介電常數(shù)向異性。晶體中的介電常數(shù) r r與方向有關(guān)，因而光在與方向有關(guān)，因而光在晶體中的傳播速度晶體中的傳播速度 與光的傳與光的傳播方向有關(guān)播方向有關(guān), ,從而光在介質(zhì)中的折射率與方向有關(guān)。從而光在介質(zhì)中的折射率與方向有關(guān)。 v1(v)rrnc 1 1、雙折射中的速度特征、雙折射中的速度特征常數(shù)因而oocnv常數(shù)因而eecnvo

34、o光在各個(gè)方向上的傳播速度相同：光在各個(gè)方向上的傳播速度相同：e e光在各方向上的傳播速度不相同：光在各方向上的傳播速度不相同： 52 e e光不滿足普通的折射定律，但仍然把光不滿足普通的折射定律，但仍然把n ne e 叫作它的叫作它的 折射率。但此時(shí)折射率。但此時(shí)n ne e不再是常數(shù)。不再是常數(shù)。在各向異性的晶體內(nèi)，傳播速度既和振動(dòng)方向在各向異性的晶體內(nèi)，傳播速度既和振動(dòng)方向( (指指 o o，e)e)有關(guān)，又和傳播方向有關(guān)，又和傳播方向( (是否沿光軸是否沿光軸) )有關(guān)。有關(guān)。其中其中n n0 0 ，n ne e 叫作晶體的主折射率叫作晶體的主折射率. . 沿光軸方向沿光軸方向 沿垂直

35、光軸方向沿垂直光軸方向ooencVVeencV 53 2 2、o o光和光和e e光的子波面光的子波面 v o o光的子波面光的子波面在在各向同性媒質(zhì)中，一子波源發(fā)出的波沿各方向的傳各向同性媒質(zhì)中，一子波源發(fā)出的波沿各方向的傳播速度均為播速度均為V Vc/n c/n ，經(jīng)，經(jīng) t t后，形成的波面是一個(gè)半徑為后，形成的波面是一個(gè)半徑為V V t t的球面。的球面。 o o光在單軸晶體中的傳播規(guī)律與在各向同性媒質(zhì)中光在單軸晶體中的傳播規(guī)律與在各向同性媒質(zhì)中一樣。一樣。 因此，因此，o o光的子波面是球面。經(jīng)光的子波面是球面。經(jīng) t t后，形成的波面后，形成的波面是一個(gè)半徑為是一個(gè)半徑為V Vo

36、o t t的球面。的球面。54v e e光的子波面光的子波面 e e光沿各個(gè)方向傳播速度不同。光沿各個(gè)方向傳播速度不同。沿光軸方向的傳播沿光軸方向的傳播速度與速度與o o光一樣也是光一樣也是V Vo o；垂直于光軸方向的速度是；垂直于光軸方向的速度是V Ve e。經(jīng)經(jīng) t t后，后，e e光的子波面是繞光軸方向旋轉(zhuǎn)的橢球面光的子波面是繞光軸方向旋轉(zhuǎn)的橢球面。在光軸方向，半徑為。在光軸方向，半徑為 V Vo o t t ；在垂直光軸方向，；在垂直光軸方向，半徑為半徑為V Ve e t.t.光軸VoVe光軸光軸553 3、正晶體和負(fù)晶體、正晶體和負(fù)晶體正晶體正晶體 V Vo o V Ve e e

37、e光的波面在光的波面在o o光波面內(nèi)。光波面內(nèi)。 負(fù)晶體負(fù)晶體 V Ve e VVo o e e光的波面在光的波面在o o光波面外。光波面外。在垂直于光軸的方向上在垂直于光軸的方向上56o o光和光和e e光的子波面在光軸方向上相切；在垂直光軸方光的子波面在光軸方向上相切；在垂直光軸方向上，兩波面相距最遠(yuǎn)。向上，兩波面相距最遠(yuǎn)。 光軸光軸正晶體正晶體負(fù)晶體負(fù)晶體o光光e光光光軸光軸5714.6.1 14.6.1 橢圓偏振光與圓偏振光波片橢圓偏振光與圓偏振光波片 利用振動(dòng)方向相互垂直的兩個(gè)同頻率簡諧振動(dòng)的利用振動(dòng)方向相互垂直的兩個(gè)同頻率簡諧振動(dòng)的合成可以獲得橢圓偏振光和圓偏振光合成可以獲得橢圓偏

38、振光和圓偏振光. 圖圖14.18橢圓偏振光的獲得橢圓偏振光的獲得58P為偏振片，為偏振片，C為單軸薄晶片，其光軸平行于晶面且與為單軸薄晶片，其光軸平行于晶面且與P的透光軸夾角為的透光軸夾角為.單色自然光通過偏振片后，成為線偏單色自然光通過偏振片后，成為線偏振光，設(shè)其振幅為振光，設(shè)其振幅為E，光振動(dòng)方向與晶片，光振動(dòng)方向與晶片C光軸方向的夾光軸方向的夾角為角為，該線偏振光垂直于光軸進(jìn)入晶片后分解為，該線偏振光垂直于光軸進(jìn)入晶片后分解為o，e兩兩光，仍沿原方向前進(jìn)光，仍沿原方向前進(jìn)(此時(shí)此時(shí)o，e光兩主平面重合，且就在光兩主平面重合，且就在它們的傳播方向與光軸所在的平面內(nèi)它們的傳播方向與光軸所在的

39、平面內(nèi))，o光的光振動(dòng)垂光的光振動(dòng)垂直于主平面直于主平面(即垂直于光軸即垂直于光軸)，e光的光振動(dòng)則平行于光軸，光的光振動(dòng)則平行于光軸，其振幅分別為其振幅分別為EoEsin ，EeEcos .由于兩光在晶體由于兩光在晶體中的傳播速度不同，晶片對(duì)中的傳播速度不同，晶片對(duì)o，e光的主折射率光的主折射率(e光在垂光在垂直于光軸方向的折射率直于光軸方向的折射率)no和和ne亦不相同，所以通過厚度亦不相同，所以通過厚度為為d的晶片后，它們之間將出現(xiàn)位相差的晶片后，它們之間將出現(xiàn)位相差 dnneo259則通過晶片后的合成光為正橢圓偏振光則通過晶片后的合成光為正橢圓偏振光.由于這時(shí)由于這時(shí)o，e光通過晶片后

40、的光程差為光通過晶片后的光程差為22oennd4oennd 選擇晶片厚度選擇晶片厚度d，使得位相差，使得位相差 所以這樣厚度的晶片稱為四分之一波片所以這樣厚度的晶片稱為四分之一波片. 60波片波片C為四分之一波片，且為四分之一波片，且 時(shí)，則晶體中時(shí)，則晶體中o光與光與e光的振幅相等，即光的振幅相等，即EoEe，此時(shí)通過晶片后的光將，此時(shí)通過晶片后的光將成為成為圓偏振光圓偏振光.4如果將晶片如果將晶片C換成二分之一波片，換成二分之一波片，仍保持仍保持 ，則，則o光、光、e光通過晶片后的位相差為光通過晶片后的位相差為，且振幅相等，合成后仍，且振幅相等，合成后仍為為線偏振光線偏振光，不過振動(dòng)方向?qū)⑿D(zhuǎn)，不過振動(dòng)方向?qū)⑿D(zhuǎn)90.46114.6.2 14.6.2 偏振光的干涉偏振光的干涉圖圖14.1914.19是觀察偏振光干涉的裝置是觀察偏振光干涉的裝置.P.P1 1，P P2 2是兩個(gè)透光軸是兩個(gè)透光軸互相垂直的偏振片，互相垂直的偏振片，C C為薄晶片，其光軸平行于晶體表面為薄晶片，其光軸平行于晶體表面. .單色自然光垂直入射于偏振片單色自然光垂直入射于偏振片P P1 1，通過，通過P P1 1后成為線偏振后成為線偏振光，入射到晶片時(shí)分解為光，入射到晶片時(shí)分解為o o光和光和e e光，通過晶片后則成為光，通過晶片后則成為光振動(dòng)方向相互垂直且有一定位相差的兩束光光振動(dòng)方向