第四章_各向异性介质中的光波.ppt

第四章 各向异性介质中的光波主要内容 偏振 晶体的各向异性及介电张量 单色平面波在各向异性晶体中的传播 晶体光学性质的几何图形表示 光波在各向异性晶体表面上的反射和折射 晶体的线性电光效应 想一想 椭圆偏振光？ 椭圆偏振光 4.1.1 偏振光与自然光 完全偏振光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 自然光 4.1.1 偏振光与自然光 部分偏振光：自然光+完全偏振光 P=1和P=0两种情况。 思考： 如何检测？ 如何区分椭圆偏振光和部分偏振光？ 4.1.2 获取偏振光的方法 由反射和折射产生 原理：菲涅耳公式 由二向色性产生 作用机理：方向选择的吸收特性 由双折射产生 作用机理：方向选择的折射特性 由反射和折射产生的偏振光 布儒斯特定律 例：求玻璃的起偏角？ 由反射和折射产生的偏振光 应用举例： （1）可由反射获得线偏振光（玻璃片就是起偏器） （2）可测不透明媒质折射率 （3）利用偏振片调光强（如镜头前加偏振片、偏光望远镜等）。 由反射和折射产生的偏振光 应用举例： （4）利用玻璃片堆从透射光可获得较强线偏振光 由二向色性产生偏振光 4.1.3 马吕斯定律 4. 1.4 波片 波片 波片 全波片： 4.2.1 概念 举例：双折射现象 方解石，一束光入射，产生两束光 晶体的各向异性： 两层含义：不同入射方向的光，异性 不同偏振方向的光，异性 本质相同。 4.2.2 产生原因 宏观：晶体结构各向异性 人工（外加场作用下）和自然两种。 电磁场理论：介质在电场及磁场会发生极化和磁化，光的传播特性发生变化 电磁场下的极化作用。 polarization 极化（偏振）与各向异性（双折射） 极化（偏振）与各向异性（双折射） 外加电场下，介质分子的极化与物质本身结构有关 4.2.3 数学表示（晶体的介电张量） 背景知识 晶体的介电张量 背景知识 张量：用来描述晶体状态或性质的物理量。 零阶张量（标量）-温度T、密度ρ等（只有数值，没有方向——单一数值，仅有一个分量） 一阶张量（矢量）-力 、速度 ，位移 、电场强度 、电位移矢量 等（由坐标轴上的三个分量决定） D与E的关系 背景知识 二阶张量-（电位移矢量 的每个分量由 矢量的三个分量决定，由九个分量组成， 、 方向不同，连接两个一阶张量 与 间关系的物理量定义为二阶张量） J与E的关系 二阶张量 二阶对称张量 晶体的介电张量 晶体光学与各向同性的光学： 相同：以麦克斯韦方程和物质方程为基础； 唯一不同： 　Ｄ与Ｅ的关系。 晶体的介电张量 各向同性介质： 各向异性介质 晶体的介电张量 根据能量守恒原理，可以证明： 经主轴变换，适当选取坐标系： 晶体的介电张量 晶体的介电张量 晶体介电主轴：结构决定 ｘ，ｙ，ｚ 4.２.4 晶体的分类 各向同性晶体 （立方晶系） 单轴晶体 （四方、六方、三方晶系） 双轴晶体 （正交、单斜、三斜） 4.2.4 晶体的分类 各向同性晶体：D与E同向 单轴晶体、双轴晶体：D与E一般不同向 特殊情况：E沿某介电主轴方向入射。 4.2.5 其它概念 各向同性晶体的折射率 各向异性晶体的主折射率（与介电主轴方向有关） ４.3.1 复习( 单色平面波在各向同性介质中的传播) 光波为横波 成右手坐标系 4.3.1 复习 4.3.2 光在晶体中传播的解析法描述 单色波的场量： 麦克斯韦方程组及物质方程： 4.3.2 光在晶体中传播的解析法描述 D和E之间的关系 4.3.3 单色平面波在各向异性晶体中的传播 能流密度矢量（坡印廷矢量）定义： K-波矢量方向 -波面法线方向 S-能流方向， 光能量传播方向 -光线方向 4.3.3 单色平面波在各向异性晶体中的传播 K-相速度Vk（法线速度） S-光线速度Vs(能量传播） 介质折射率： 4.3.2 光在晶体中传播的解析法描述 D和E之间的关系 光的传播速度和传播方向之间的关系 单轴晶体的双折射 单轴晶体中寻常光与非寻常光的振动方向 单轴晶体中寻常光与非寻常光的振动方向 单轴晶体， z轴为光轴： 入射光为o光： 入射光为e光 入射光为e光 入射光为