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晶体光学性质的观测分析 理工学院 物理学系 05 级 光信 4 班 林锦添 2007 年 11 月 23 日 一、实验目的 1．熟悉单轴晶体光学性质，晶体的消光现象，干涉色级序； 2．了解偏光显微镜原理及掌握其使用方法； 3．观测晶体的类别，轴向和光性正负等过程，估计晶片光程差。 二、实验仪器 XP-201 型透射显微镜：光源，起偏镜，聚光镜，旋转载物台，物镜，补偿器插口，检偏镜， 勃氏镜，目镜。 三、实验原理 （一）晶体双折射、光率体。 折射率与光的传播方向及光矢振动方向有关的晶体称为各向异性晶体。光通过各向异性 晶体时会出现双折射现象，并表现出偏振性质。在各向异性晶体中总是存在一个或两个方向 不会不会发生双折射现象，称为晶体的光轴。据此又可将晶体分为单轴晶跟双轴晶。其中， 折射率不随入射方向而改的成为 o 光或寻常光，折射率随入射方向而改的成为 e 光或非寻常 光。o、e 光都是偏振光。 可以用几何图形直观地表示晶体中光波各矢量间的方向关系，及各传播方向相对应的光 速或折射率在空间的取值分布，这类图形称为晶体光学示性曲面。光率体就是最常见的晶体 光学示性曲面，它是以主折射率为主值的椭球。单晶体中n  n 的称为正光性单轴晶，反 e o 之称为负光性单轴晶。 图 1 单轴晶光率体的三种中心截面 图 1 给出了单轴晶光率体的三种中心截面。圆截面：垂直光轴的圆，半径为n ；主截 o 面：包含光轴的椭圆截面，它的一个半径为n ，与光轴垂直，另一个半径为n ，与光轴平 o e 行。O 光振动方向必垂直于主截面，e 光的振动方向则平行主截面；任意截面：是一个椭圆， 截面法向 N 与光轴成 角。  （二）正交偏光干涉： 在偏光显微镜中，当上下偏光镜的振动面互相垂直时，称为正交偏光镜。如在正交偏光 镜间不放入任何介质或放入各相同性晶体时，光线无法通过正交偏光镜，所以视域是黑暗的； 当放入各相异性晶体时，由于晶体双折射效应和晶片厚度、晶轴取向的不同而产生不同的干 涉现象。 图 2 正交偏光镜间的干涉现象 由光学知识：如图2 所示：当在正交偏光镜之间加入一各相异性晶体时，一束波长为λ 的光波经正交偏光镜和晶片后，会变成大小相等而振动方向相反，频率相同，位相差恒定的 两束光（o 光和 e 光），它们满足干涉条件，由平面波叠加原理，其合成光波振幅为： 2 2 2 2  d (n  n )  A  A sin 2 sin e o  （1） oe      2 2 2 2  d (n  n )  其合成光强：I  A  A sin 2 sin e o  （2） oe      由上式可以看出：正交偏光镜干涉光强分布状况与晶体轴向与起偏器夹角 ，厚度d ，双 折射率n 及入射波长 有关，A 为透过起偏器后的偏振光振幅。 oe 1、单色光干涉