1、1一一 横波的偏振性横波的偏振性 沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即同，具有对称性，即 纵波的振动相对于传播方向纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。是轴对称的。15-6 自然光和偏振自然光和偏振 15.6.1自然光和偏振光自然光和偏振光2横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。3光矢量光矢量振动面振动面v0HE1、偏振偏振 波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。这就是说，横波具有偏振性，而纵波
2、不具备偏振性。2 2、振动面振动面的概念的概念 振动方向与传播方向组成的平面。振动方向与传播方向组成的平面。光是横波，应该具有偏振性。光是横波，应该具有偏振性。4二二 自然光自然光1 1、自然光是非偏振光、自然光是非偏振光其根源仍在热原子发光具有间歇性和独立性。其根源仍在热原子发光具有间歇性和独立性。光波虽然是横波，但普通光源发出的光是自然光，光波虽然是横波，但普通光源发出的光是自然光，不是偏振光。不是偏振光。普通光源中每个原子所发出的光其普通光源中每个原子所发出的光其位相关系位相关系及及振动振动方向方向都是都是随机随机的。的。5cExyz 一串光波列是横波。但从宏观上看，光源发出的光一串光波
3、列是横波。但从宏观上看，光源发出的光中包含了所有方向的光振动，振动面可以分布在一切中包含了所有方向的光振动，振动面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量对时间的平均值是相等可能的方位，任何方向光矢量对时间的平均值是相等的。的。S所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。匀分布的。6 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性，具有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性，具有这种特性的光就叫有这种特性的光就叫自然光自然光 。(或者说，具有或者说，具有各各个方
4、向个方向的光振动的光振动，且又，且又无固定的位相关系无固定的位相关系的光的光)。结论：自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩结论：自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩盖。盖。72 2、自然光的分解、自然光的分解一个简谐振动总可以分解为两一个简谐振动总可以分解为两个相互垂直的振动。个相互垂直的振动。cosiixAA siniiyAA iyixAA 且一般且一般 iAiyAixAyx例如，一个振幅为的振动可例如，一个振幅为的振动可分解为分解为8自然光在各个方向上都有振动，自然光在各个方向上都有振动，其中每个振动都可以这样分解，其中每个振动都可以这样分解，即即iyyixxAAAAyxAA 由对称性
5、知，有由对称性知，有所以，所以，没有一个方向的振动优于其它方向。这个结果没有一个方向的振动优于其它方向。这个结果与坐标系无关。与坐标系无关。iAiyAixAyx9SuxyS.uS 表示该光的振动面就在纸平面内。表示该光的振动面就在纸平面内。表示该光的振动方向垂直于纸平面；表示该光的振动方向垂直于纸平面；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传播方向的平面内，在由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在各个方向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向各个方向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向任意的两个正交方向进行分解，都可以得到两个振动方向任意的两个正交方向
6、进行分解，都可以得到两个振动方向互相垂直且振幅相等的振动，故此自然光常用下图表示：互相垂直且振幅相等的振动，故此自然光常用下图表示：10三三 线偏振光线偏振光如果光波的光矢量的方向始终不变，只沿一个固定方如果光波的光矢量的方向始终不变，只沿一个固定方向振动时，这种光称为向振动时，这种光称为线偏振光线偏振光.E播播传传方方向向振振动动面面11四四 部分偏振光部分偏振光这种光在垂直于光的传播方向的平面内，各方向的振这种光在垂直于光的传播方向的平面内，各方向的振动都有，但它们的振幅大小不相等，称为动都有，但它们的振幅大小不相等，称为部分偏振光部分偏振光.例例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏
7、振晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏光，散射光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高振度越高。12右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E随随z的变化的变化E 0五五、圆偏振光圆偏振光,椭圆偏振光椭圆偏振光13一一 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏1 1、偏振器、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。：把自然光变成为全偏振光的仪器。有些晶体（例如硫酸金鸡钠有些晶体（例如硫酸金鸡钠碱碱）对互相垂直的两个）对互相垂直的两个分振动光矢量具有选择性吸收
8、，这种现象称作晶体分振动光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的的二向色性二向色性。起偏起偏：把自然光变成偏振光。把自然光变成偏振光。14偏振器偏振器透光轴透光轴自然光自然光偏振光偏振光自然光通过这种晶体薄片后，自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振只剩下一个方向的振动，而另一个方向的振动则被吸收。动，而另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片这种晶体薄片就可做偏振片。就可做偏振片。15 起起 偏偏 偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向向叫此偏振片的偏振化方向.
9、也叫也叫透光轴透光轴。021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器 2 2、偏振片的偏振化方向、偏振片的偏振化方向16检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器17 自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼对光振动片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。光强的变化。3 3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验、自然光、偏振光、部分偏振光的检验 如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线
10、偏振光的振动方向成光的振动方向成9090角，则线偏振光将完全不能通角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。强的明显变化，并有消光现象。18偏振片转一周偏振片转一周消光消光线偏光线偏光部分偏光部分偏光强度变，无强度变，无消光消光自然光自然光强度不变强度不变透光轴透光轴 如果入射的是部如果入射的是部分偏振光，则转动偏分偏振光，则转动偏振片时，视场中光强振片时，视场中光强有变化，但不十分明有变化，但不十分明显，无消光现象。显，无消光现象。应用应用：制成安全汽车灯；：制成安全汽车灯；在大房间内的风洞上
11、装上两块可自由旋转的偏在大房间内的风洞上装上两块可自由旋转的偏振片，可使室内光线具有浪漫色彩。振片，可使室内光线具有浪漫色彩。19 光强为光强为I0 0的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成振化方向的成角时，则透过偏振片的光强为：角时，则透过偏振片的光强为：20cosII 注意两点：注意两点：入射光必须是线偏振光，不是自然光；入射光必须是线偏振光，不是自然光；是与是与coscos2 2正比，而不是与正比，而不是与coscos正比。正比。二二 马吕斯定律马吕斯定律（1880 年）年）AI0I20偏振器偏振器自然光自然光检偏器检偏器I I1 1I I2
12、 2 如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，则公式中的则公式中的角就是两偏振片的偏振化方向之间的夹角就是两偏振片的偏振化方向之间的夹角。角。21NM证明证明E0Ecos0EE 2020EEII检偏器检偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII 马吕斯定律马吕斯定律22例例15-615-6 光强为光强为I I0 0的自然光先后通过两平行放置、的自然光先后通过两平行放置、偏振方向相互垂直的偏振片偏振方向相互垂直的偏振片P1、P2后出射，当后出射，当P1、P2 间放入第三块偏振片间放入第三块偏振片P3时，求出射光强。时，求出射光强。解：解：I I
13、0 0I I0 0/2/2 I I1 1I I2 2马吕斯定律：马吕斯定律：20cosII 201cos2II221cos()2II-2201cossin2I201sin 28I232sin81203II 若若 在在 间变化，间变化，如何变化如何变化？203I0,23,2,03I8,47,45,43,403II 2p3p1p2415-43 使自然光通过两个偏振化方向夹角为60的偏振片时，透射光强为 ，今在这两个偏振片之间再插入一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成30，问此时透射光与 之比为多少?解：由马吕斯定律 20160cos2II 80I32930cos30cos20220III25
14、.2491II1I1I25 光在两种介质界面上的行为比较复杂。例如传光在两种介质界面上的行为比较复杂。例如传播方向可能改变，能流（即振幅）将重新分配，位播方向可能改变，能流（即振幅）将重新分配，位相可能突变。下面的讨论表明，在界面上可能还有相可能突变。下面的讨论表明，在界面上可能还有偏振特性的改变。偏振特性的改变。26 入射面入射面 入射光线和入射光线和法线所成的平面法线所成的平面.反射光反射光 部分部分偏振光，垂直于入射面的偏振光，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动振动大于平行于入射面的振动.光反射与折光反射与折射时的偏振射时的偏振空气空气i1ni玻璃玻璃2n一、反射光和折射光的偏振一
15、、反射光和折射光的偏振27 折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动的振动大于垂直于入射面的振动.理论和实验证明理论和实验证明：反射光的偏振化程度：反射光的偏振化程度与入射角有关与入射角有关.28 二布儒斯特定律二布儒斯特定律当入射角为某角度当入射角为某角度 i0 0 ，即满足，即满足120nntgi 时，反射光中只有垂直入射面的时，反射光中只有垂直入射面的矢量而成为线偏矢量而成为线偏振光，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为振光，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。布儒斯特定律。29使反射光成为全偏振光时的入射角使反射光成为
16、全偏振光时的入射角i0 0称为布儒斯特称为布儒斯特 角。角。n2n10i0r 当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相 垂直，即有垂直，即有2/00i30证明：证明：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 i02i31 必须说明的是：虽然反射光是必须说明的是：虽然反射光是E E矢量垂直于入射矢量垂直于入射面的线偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光面的线偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中
17、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-这也说明了折射光依然是部分偏振光。这也说明了折射光依然是部分偏振光。32布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光面，折射光为部分偏振光120tannni 当当 时，时，0i0i1n玻璃玻璃2n空气空气 二布儒斯特定律二布儒斯特定律33证明：证明：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
18、部分偏光90o0sincos i02i讨论讨论(1)反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直.34tan)2tan(cot0210-inni (2)根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角角从从 介质入射于界面时，此介质入射于界面时，此 角即为布儒角即为布儒斯特角斯特角.2n1n 2n玻玻璃璃0i0i1n玻璃玻璃2n0i35三、应用、应用 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占入反射光的强度约占入射光强度的射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃.利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光0i36用玻璃片堆获取偏振光用玻璃片堆获取偏振光
19、37 在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是 偏振光。偏振光。也可用玻璃片作检偏器。也可用玻璃片作检偏器。在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和，可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振调、柔和，可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振片可减少入射的反射光光强。在雪地，海洋上反片可减少入射的反射光光强。在雪地，海洋上反射光很强，为保护视力可带装有偏振片的眼镜，射光很强，为保护视力可带装有偏振片的眼镜，或在望远镜前加偏振片。或在望远镜前加偏振片。38讨论讨论讨论光线的反射和折射讨论光线的反射和折射(起偏角起偏角
20、)0i0i0i0iiii39 例例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角入射角为布儒斯特角 ,问问 在界面在界面 2 的反射的反射光是什么光？光是什么光？0i0i0i1n1空气空气玻璃玻璃2n240 注意：注意：一次一次起偏垂直入射面起偏垂直入射面的振动仅很小部的振动仅很小部分被反射（约分被反射（约15%）所以）所以反射反射偏振光很弱偏振光很弱.一般一般应用应用玻璃片堆玻璃片堆产产生偏振光生偏振光.0i0i1n1空气空气玻璃玻璃2n241例如图所示为一玻璃三棱镜，材料的折射率为例如图所示为一玻璃三棱镜，材料的折射率为n1.50，设光在棱镜中传播时能
21、量不被吸收，设光在棱镜中传播时能量不被吸收.问：问：(1)一束光强为一束光强为I0的单色光，从空气入射到棱镜左侧界的单色光，从空气入射到棱镜左侧界面折射进入棱镜面折射进入棱镜.若要求入射光全部能进入棱镜，对若要求入射光全部能进入棱镜，对入射光和入射角有何要求？入射光和入射角有何要求？(2)若要求光束经棱镜若要求光束经棱镜从右侧折射出来，强从右侧折射出来，强度仍保持不变，则对度仍保持不变，则对棱镜顶角有何要求？棱镜顶角有何要求？42解解(1)若要求入射光全部折射到棱镜里，则要求若要求入射光全部折射到棱镜里，则要求其反射光强度为零其反射光强度为零.对于自然光这条件无法满足对于自然光这条件无法满足.
22、若入射光为光振动平行入射面的线偏振光，则在若入射光为光振动平行入射面的线偏振光，则在入射角等于起偏振角的情况下，反射光束的强度入射角等于起偏振角的情况下，反射光束的强度为零，入射光将全部进入棱镜为零，入射光将全部进入棱镜.因此要求入射光是因此要求入射光是振动方向平行于入射面的线偏振光振动方向平行于入射面的线偏振光.入射角入射角i01为为01arctanarctan1.5056.3in43(2)当进入棱镜的光射到棱镜右侧界面，因它只包含当进入棱镜的光射到棱镜右侧界面，因它只包含平行入射面的光振动，只要以起偏振角入射，则其平行入射面的光振动，只要以起偏振角入射，则其反射光的强度仍然为零，进入棱镜的
23、光将全部折射反射光的强度仍然为零，进入棱镜的光将全部折射出棱镜而保持强度不变出棱镜而保持强度不变.这时投射到界面这时投射到界面AC的起偏的起偏振角振角i02为为0211arctanarctan33.71.5in因为因为 从图从图14.10上的几何上的几何关系可以看出关系可以看出01102222ii，10201029056.333.767.42Aiii-44一一 双折射的寻常光和非寻常光双折射的寻常光和非寻常光动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律方解石晶体方解石晶体45光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o
24、光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体46光光光光双双折折射射当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转纸面纸面方解石方解石 晶体晶体47光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体48光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体49光通过光通过双折射晶体双折射晶体50 但是，如果将光束射向各向异性的晶体中时，例如但是，如果将光束射向
25、各向异性的晶体中时，例如将一束光投向方解石（冰州石），透过方解石的光则将一束光投向方解石（冰州石），透过方解石的光则有两束。有两束。所谓各向异性，是指晶体的物理性质与方向有关。所谓各向异性，是指晶体的物理性质与方向有关。v 各向各向(同同)异性的微观本质异性的微观本质 若组成固体的晶粒在空间的取向是若组成固体的晶粒在空间的取向是无规则的无规则的，就，就表现出表现出各向同性；各向同性；若组成固体的晶粒在空间有若组成固体的晶粒在空间有一定的一定的取向取向，就表现出，就表现出各向异性。各向异性。光从空气射向水、玻璃、或呈熔融态的石英光从空气射向水、玻璃、或呈熔融态的石英(各向同性各向同性)时时:常数
26、sin/sini51v 能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。如方解石如方解石(冰洲石冰洲石CaCO3）、石英、电气石、石英、电气石、红宝石等。红宝石等。晶体晶体(固体固体)的各向异性的各向异性例：云母只容易沿一个平面劈开；例：云母只容易沿一个平面劈开；结晶的石墨在每两个相对面之结晶的石墨在每两个相对面之间并不具有相同的电阻。间并不具有相同的电阻。镍晶体只在一个确定的方向上镍晶体只在一个确定的方向上容易被磁化。容易被磁化。52 寻常光线寻常光线(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线(extraordinray rays)非常光线
27、非常光线不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线（除非沿主截面入射，在除非沿主截面入射，在其他情况，非常光不其他情况，非常光不在入射面内在入射面内.即使入射角为即使入射角为0，折射角也不等于，折射角也不等于0.）不管入射光束方位如何，不管入射光束方位如何，o o光总在入射面内。光总在入射面内。如果将光束如果将光束正入射正入射在方解石上，并将方解石围绕在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。束跟着旋转一周。53实验证明：实验证明：O 光和光和 光均为偏振光光均为偏振光.eACBoeDeo54 产产 生生
28、 双双 折折 射射 的的 原原 因因O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面e光轴光轴Ovev 寻常光线寻常光线 在晶在晶体中各方向上传播体中各方向上传播速度相同速度相同.vcn常量常量55O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面eeevcn 光轴光轴Ovev 非常光线非常光线 晶晶体中各方向上传播体中各方向上传播速度不同速度不同,随方向随方向改变而改变改变而改变.为主折射率为主折射率en56在方解石这类晶体中存在在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当光线一个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生沿这一方向传播时不发生双折射现象双折射现象.光轴光轴102AB光轴光轴787878102102注意注意
29、:光轴不是指一条特定光轴不是指一条特定的直线，而是一的直线，而是一特定的方特定的方向。凡是与此方向平行的向。凡是与此方向平行的直线方向均为光轴方向。直线方向均为光轴方向。二二 晶体的光轴与光线的主平面晶体的光轴与光线的主平面1、光轴光轴57v 单轴晶体和多轴晶体单轴晶体和多轴晶体 一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰洲石、石英、红宝石等；洲石、石英、红宝石等；也有些晶体有两个光轴或更多的光轴，它们称为也有些晶体有两个光轴或更多的光轴，它们称为双轴晶体或多轴晶体，双轴晶体或多轴晶体，如云母、硫磺、兰宝石等。如云母、硫磺、兰宝石等。我们只讨论单轴晶体
30、。我们只讨论单轴晶体。58 2、主平面、主平面：晶体中某条折射光线与晶体光轴构成的平晶体中某条折射光线与晶体光轴构成的平面。面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面o光的振动面垂直于光的振动面垂直于o光的主平面光的主平面e光的振动面在光的振动面在e光的主平面内光的主平面内3、主截面、主截面：由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。o光和光和e光都是线偏振光光都是线偏振光590710109光轴光轴 主截面主截面:如果某入射面与光轴共面，则该入射面就如果某入射面与光轴共面，则该入射面就称之为主截面。称之为主截面。若入射面为
31、主截面，则若入射面为主截面，则o光、光、光的主光的主平面重合平面重合.当入射面是主截面时，当入射面是主截面时，O 光的振动光的振动垂直垂直主截面；主截面；光的振动光的振动平行平行于主截面于主截面.此时此时、光的振动方向互相垂直。光的振动方向互相垂直。e0710109光轴光轴 光光 光光eo主截面主截面60三三 用惠更斯原理解释双折射现象用惠更斯原理解释双折射现象 发生双折射现象，主要是因为晶体的物理性质是各发生双折射现象，主要是因为晶体的物理性质是各向异性。晶体中的介电常数向异性。晶体中的介电常数 r r与方向有关，因而光在与方向有关，因而光在晶体中的传播速度晶体中的传播速度 与光的传与光的传
32、播方向有关播方向有关,从而光在介质中的折射率与方向有关。从而光在介质中的折射率与方向有关。v1(v)rrnc 1 1、双折射中的速度特征、双折射中的速度特征常数因而oocnv常数因而eecnvo o光在各个方向上的传播速度相同：光在各个方向上的传播速度相同：e e光在各方向上的传播速度不相同：光在各方向上的传播速度不相同：61 e e光不满足普通的折射定律，但仍然把光不满足普通的折射定律，但仍然把n ne e 叫作它的叫作它的 折射率。但此时折射率。但此时n ne e不再是常数。不再是常数。在各向异性的晶体内，传播速度既和振动方向在各向异性的晶体内，传播速度既和振动方向(指指 o o，e)e)
33、有关，又和传播方向有关，又和传播方向(是否沿光轴是否沿光轴)有关。有关。其中其中n n0 0 ，n ne e 叫作晶体的主折射率叫作晶体的主折射率.沿光轴方向沿光轴方向 沿垂直光轴方向沿垂直光轴方向ooencVVeencV 62 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质中，一子波源发出的波沿各方向的传各向同性媒质中，一子波源发出的波沿各方向的传播速度均为播速度均为V Vc/n c/n，经，经 t t后，形成的波面是一个半径为后，形成的波面是一个半径为V V t t的球面。的球面。o o光在单轴晶体中的传播规律与在各向同性媒质中光在单轴晶体
34、中的传播规律与在各向同性媒质中一样。一样。因此，因此，o o光的子波面是球面。经光的子波面是球面。经 t t后，形成的波面后，形成的波面是一个半径为是一个半径为V Vo o t t的球面。的球面。63v e e光的子波面光的子波面 e e光沿各个方向传播速度不同。光沿各个方向传播速度不同。沿光轴方向的传播沿光轴方向的传播速度与速度与o o光一样也是光一样也是V Vo o；垂直于光轴方向的速度是；垂直于光轴方向的速度是V Ve e。经经 t t后，后，e e光的子波面是绕光轴方向旋转的椭球面光的子波面是绕光轴方向旋转的椭球面。在光轴方向，半径为。在光轴方向，半径为 V Vo o t t；在垂直光
35、轴方向，；在垂直光轴方向，半径为半径为V Ve e t t.光轴VoVe光轴光轴643 3、正晶体和负晶体、正晶体和负晶体正晶体正晶体 V Vo o V Ve e e e光的波面在光的波面在o o光波面内。光波面内。负晶体负晶体 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。在垂直于光轴的方向上在垂直于光轴的方向上65o o光和光和e e光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方向上，两波面相距最远。向上，两波面相距最远。光轴光轴正晶体正晶体负晶体负晶体o光光e光光光轴光轴66阅读阅读1 1 人为双折射现象人为双折射现象某些
36、非晶体在受到外界作用某些非晶体在受到外界作用(如机械力，电场或磁场如机械力，电场或磁场等作用等作用)时，失去各向同性的性质，也呈现出双折射时，失去各向同性的性质，也呈现出双折射现象，称为现象，称为人为双折射现象人为双折射现象.1.1.光弹性效应光弹性效应应力双折射应力双折射 本来是透明的各向同性的介质在机械应力作用本来是透明的各向同性的介质在机械应力作用下，显示光学上的各向异性，这种现象叫做光弹性下，显示光学上的各向异性，这种现象叫做光弹性效应，有时也称做机械双折射或应力双折射效应，有时也称做机械双折射或应力双折射.672.2.克尔效应克尔效应电致双折射电致双折射 某些非晶体或液体在强电场作用
37、下，使分子定某些非晶体或液体在强电场作用下，使分子定向排列，从而获得类似于晶体的各向异性性质，这向排列，从而获得类似于晶体的各向异性性质，这一现象称为克尔效应一现象称为克尔效应.68分子中的一个电子振动时发出的光是偏振的，它的分子中的一个电子振动时发出的光是偏振的，它的光振动方向总是垂直于光的传播方向光振动方向总是垂直于光的传播方向(横波横波)，并和，并和电子的振动方向在同一个平面内电子的振动方向在同一个平面内.但是，往各方向但是，往各方向发出的光强度不同：在垂直于电子振动的方向，强发出的光强度不同：在垂直于电子振动的方向，强度最大；在沿电子振动的方向，强度为零度最大；在沿电子振动的方向，强度
38、为零.一束光射到一个微粒或分子上，就会使其中的电子一束光射到一个微粒或分子上，就会使其中的电子在光束内的电场矢量的作用下振动在光束内的电场矢量的作用下振动.此类振动中的电此类振动中的电子会向其周围四面八方发射同频率的电磁波，即光子会向其周围四面八方发射同频率的电磁波，即光.这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射.69图图表示了这种情形，表示了这种情形，O处处有一电子沿竖直方向振动，有一电子沿竖直方向振动，它发出的球面波向四周传它发出的球面波向四周传播，各条光线上的短线表播，各条光线上的短线表示该方向上光振动的方向，示该方向上光振动的方向，短线的长短大致表示该方短线的长短大致表示该方向上光振动
39、的振幅向上光振动的振幅.振动的电子发出的光的振动的电子发出的光的 振幅和偏振方向示意图振幅和偏振方向示意图 70按照电磁理论，每个散射光波的振幅是与它的频率按照电磁理论，每个散射光波的振幅是与它的频率的平方成正比，而其光强又和它的振幅的平方成正的平方成正比，而其光强又和它的振幅的平方成正比，所以散射光的强度和光的频率的比，所以散射光的强度和光的频率的4次方成正比次方成正比.71 当线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的当线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为振动面的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为振动面的旋转，也称旋转，也称旋光现象旋光现象.能使振动面旋转的物质称为旋光物质，如石英、能使振动面旋转的物质称为旋光物质，如石英、糖和酒石酸等溶液都是旋光物质糖和酒石酸等溶液都是旋光物质.实验证明，振动面实验证明，振动面旋转的角度决定于旋光物质的性质、厚度或浓度以旋转的角度决定于旋光物质的性质、厚度或浓度以及入射光的波长等及入射光的波长等.72
