工程光学第二章2(补充)复习资料.ppt

2021/3/26 * 第三部分 二、晶体光学的 基础知识 x3 x1 x2 0 n2 n1 n3 折射率椭球 （光率体） 各向同性介质或立方晶体:主介电系数 ?1 ＝ ?2 ＝ ?3 ， 主折射率 n1 = n2 = n3 = n0, 2021/3/26 * x y z 0 no ne no 圆截面 负单轴晶体（如方解石晶体） x y z 0 no no ne 圆截面 正单轴晶体（如石英晶体） 单轴晶体: ?1 ＝ ?2 ＝ ?3 , n1 = n2 = no , n3 = ne = no 折射率椭球方程为: 这是一个旋转椭球面, 旋转轴为x3轴。 若 ne no 若 ne no 2021/3/26 * 2、单轴晶体折射率椭球有特性: 1）过折射率椭球中心做折射率椭球截面,如果只能截出一 个圆,则此种晶体为单轴晶体。因为过圆截面中心作垂 线只有一条,此垂线叫做光轴，所以，只有一个光轴 的晶体称为单轴晶体， 2）k平行于光轴时,只存在一种折射率 ,所以不产生双 折射。 3）当光垂直于光轴入射时，可允许两个彼此正交的线偏 振光传播，其中一个平行于光轴，折射率为 ，另一 个偏振方向垂直于光轴，折射率为 2021/3/26 * 4）当k与光轴夹角为 时，通过原点O垂直于k的平面与椭球 的截面是一个椭圆，其长、短轴为允许的偏振方向，对 应于两种本征光波：其中一种偏振光的折射率与 无 关，相应相速也与 无关．其D与E方向一致，光波性质 与各向同性介质中的一样，因而称寻常光 ，相应折射 率就称寻常折射率；而另一种偏振光的折射率满足方程 称该偏振光为非常光。表示e光折射率与角度有关。 2021/3/26 * 2021/3/26 * 3、晶体的双折射 双折射定义 所谓双折射是指光在各向异性介电晶体中传播时,分为两束偏振方向不同的光,向两个方向折射。 2021/3/26 * 分析：波矢为 的一平面波以 角入射到单轴晶体表面的情况。 在给定方向上，存在两个可能的传播矢量 和 它们之间满足边界条件： 于是入射晶体界面上的光波产生双折射: 2021/3/26 * 对应地,用折射率表示为: 2021/3/26 * 双折射率 沿某个方向 传播的光其双折射率定义为与 垂直的平面内两个本征偏振的折射率 和 之差 对于单轴晶体: 结论: 越大，则说明沿该方向传播的光双折射现象越明显。 2021/3/26 * 单一频率的正弦电磁波波的等相面（例如波峰面或波谷面）在介质中传播的速度。 v=c/n, c为自由空间中的光速,n为介质对该频率电磁波的折射指数。 问:O光与e光相速度相等么? 相速度 2021/3/26 * e光和o光的振动方向判断: 1）o光—电矢量的振动方向垂直于o光主平面,因而 o光的电矢量垂直于光轴。 e光—电矢量的振动方向平行于主平面,即电矢 量在e光主平面内。 2）入射面与主截面重合 时,线偏光入射时,有: 注:主截面--入射界面的法线与光轴形成的平面。主平面--晶体中的光线与光轴所形成的平面。 2021/3/26 * 光波在晶体中传播的相速度与光波的偏振状态和光的传播方向有关。 2021/3/26 * 【作业题】 1、什么叫双折射现象?双折射程度与什么有关? 2、 给定折射率椭球和光波波矢方向,如何确定 主折射率方向? 3、正单轴晶体的折射率 、 的大小关系如何? 4、什么叫寻常光?什么叫非寻常光? 2021/3/26 * 1、晶体的基本概念 2.2.1 晶体的基本概念与结构 【基本要求】 1）晶体的性质;2）晶胞的定义 1）定义 2）几种常见的晶体结构 构成物质的微粒（分子、原子、离子等）有规则地排列形成有规则的几何外形的物质。且这种有规则排列是长程有序的。 分子晶体;离子晶体;原子晶体;混合型晶体；金属晶体 2021/3/26 * （1）离子晶体 ★举例 nacl 2021/3/26 * （2）原子晶体 二氧化硅 2021/3/26 * （3）混合型晶体 石墨晶体 2021/3/26 * （4）分子晶体 二氧化碳晶体:干冰 2021/3/26 * 2 晶体的性质 （1）自限性 所谓自限性是指晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体的能力。 晶面数+晶顶数＝晶棱数+2 （2）均匀性和各向异性 晶体的均匀性是指晶体在不同部位上具有相同的物