光的雙折射現(xiàn)象分析

1、光的雙折射現(xiàn)象分析摘要一束入射光射入各向異性的晶體時(shí)，產(chǎn)生兩束折射光的現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。在介質(zhì)內(nèi)，這兩束光被稱為O光與E光。O光遵從折射定律，E光不遵從折射定律。雙折射現(xiàn)象表明，E光在各向異性介質(zhì)（一般為晶體）內(nèi)，各個(gè)方向的折射率不相等，而折射率與傳播速度有關(guān)，因而，E光在晶體內(nèi)的傳播速度是隨光線的傳播方向的不同而變化的。O光則不同，在晶體內(nèi)各個(gè)方向上的折射率及傳播速度都是相同的。關(guān)鍵詞：晶體；折射；光速。正文：讓平行的自然光束正入射在方解石晶體的一個(gè)表面上，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)光束分解為兩束。按照光的折射定律，正入射時(shí)光線不應(yīng)該偏折。而上述的兩束光的一束在晶體內(nèi)沿原方向傳播，另一束卻偏離了原來的方

2、向，后者顯然是違反了普通的折射定律。進(jìn)一步對(duì)各種入射方向進(jìn)行研究，結(jié)果表明，晶體內(nèi)的兩條折射線中的一條總是符合普通的折射定律，另一條卻總是違反它。所以晶體內(nèi)的前一條叫尋常光（簡(jiǎn)稱o光），后一條折射線叫非常光（簡(jiǎn)稱e光）。應(yīng)當(dāng)注意，這里所有的o光和e光，只在雙折射晶體的內(nèi)部才有意義，射出晶體以后，就無所謂了o光和e光。在方解石中存在著一特殊的方向，光線沿這個(gè)方向傳播時(shí)o光和e光不分開，這個(gè)特殊的方向稱為晶體的光軸為了說明光軸的方向我們稍詳細(xì)的研究一下方解石的晶體。方解石是天然的晶體，如圖所示，它呈平行六面體狀，每個(gè)表面都是平行四邊形，它的一對(duì)銳角約為78度，一對(duì)鈍角約為102度。大家可以看出每三

3、個(gè)表面匯合成一個(gè)頂點(diǎn)，在八個(gè)頂點(diǎn)中有彼此對(duì)著的兩個(gè)頂點(diǎn)是由三個(gè)鈍角面匯合而成的。通過這樣的頂點(diǎn)并與三個(gè)界面成等角的直線方向，就是方解石晶體的光軸方向。晶體中任何與上述直線平行的直線，都是光軸。光軸代表晶體中的一個(gè)特定方向。只有一個(gè)光軸的晶體稱為單晶體，如方解石石英等。有些晶體具有兩個(gè)光軸方向，稱為雙軸晶體，如云母藍(lán)寶石等。晶體中某條光線與晶體的光軸所組成的平面稱為該光線的主平面。O光和e光各有自己的主平面，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，o光的光振動(dòng)垂直于o光的主平面，e光的光振動(dòng)在e光的主平面內(nèi)，一般情況下，o光和e光的主平面并不重合，他們之間有一不大的夾角。只有當(dāng)光線沿光軸和晶體表面法線所組成的平面入射時(shí)，這兩

4、個(gè)主平面才嚴(yán)格重合，且在入射面內(nèi)，這時(shí)，o光和e光的光振動(dòng)方向相互垂直，這個(gè)由光軸和晶體表面法線方向組成的平面稱為晶體的主截面。在實(shí)際應(yīng)用中，一般都選擇光線沿主截面入射，以使雙折射現(xiàn)象的研究更為簡(jiǎn)化。光線沿某晶體的界面入射，此界面的法線與晶體的光軸組成平面，成為主截面。當(dāng)入射線在主截面內(nèi)，即入射面與主截面重合時(shí)，兩折射線皆在入射面內(nèi)。否則，非常光可能不在入射面內(nèi)雙折射現(xiàn)象是由于在晶體中o光和e光的傳播速度不同而引起的，在單軸晶體中，o光沿各個(gè)方向的傳播速度相同，而e光沿各個(gè)方向的傳播速度是不同的，唯有沿光軸方向o光和e光的傳播速度相同，在垂直于光軸方向o光和e光的傳播速度相差很大。假想在晶體內(nèi)有一子波源，由他發(fā)出的光波在晶體內(nèi)傳播，則o光的波面是球面的，而e光的波面是旋轉(zhuǎn)橢球面，兩個(gè)波面在光軸方向上相切。用v0表示o光的傳播速度，ve表示e光沿垂直于光軸方向的傳播速度。，對(duì)于v0ve一類晶體，如石英，稱為正晶體，另一類晶體vo<ve,如方解石，稱為負(fù)晶體。根據(jù)折射率的定義，對(duì)于o光，no=c/vo表示o光的主折射率，它與方向無關(guān)，只由晶體材料決定的常數(shù)，對(duì)于e光，通常把真空中的光速c與e光垂直光軸方向的傳播速度ve之比ne=c/