《光学》第七章 光在各向异性介质中的传播(67P).ppt

第七章第七章光在各向异性介质中的传播光在各向异性介质中的传播一、双折射双折射（（ double refraction））各向异性：介质的折射率与方向有关各向异性：介质的折射率与方向有关介电常数是方向的函数方解石晶体方解石晶体e光光纸面纸面双双 折折 射射o光光双双 折折 射射双折射现象双折射现象：：一束光在各向异性介质中折射 为两束光的现象寻常光（寻常光（o光）光） (ordinary rays)(extraordinray rays) 非常光（非常光（e光）光）遵从折射定律的光线遵从折射定律的光线不遵从折射定律的光线不遵从折射定律的光线. .. .. .. .. .. .e eo o. .. .. .. .. .. .. .o oe eA AC CD DB B 1、寻常光与非常光、寻常光与非常光不服从折射定律指的是：不服从折射定律指的是： a 折射光线一般不在入射面内； b 入射角的正弦与折射角正弦之比不是常量，即折射 率和入射光线的方向有关光轴：光轴：在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象。

称这一方向为晶体的光轴2、光轴、主平面、光轴、主平面（（principal plane））单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴（方解石、石英）双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴（云母、硫磺）注意：注意：o o光和光和e e光只有在双折射晶体内部才有意义，光只有在双折射晶体内部才有意义，射出晶体以后就没有意义了射出晶体以后就没有意义了1020102078078010201020光轴光轴主截面（主截面（principal section）：）：光轴与自然晶面（晶体的解理面）法线所组成的平面主平面：主平面：某一光线与光轴所组成的平面o光主平面：光主平面：o光与光轴组成的平面e光主平面：光主平面：e光与光轴组成的平面o光光光轴光轴o o光主平面光主平面····e光光光轴光轴e e光主平面光主平面 一般来说，一般来说，o 光主平面和光主平面和 e光主平面并不重合光主平面并不重合 当入射光线在主截面内时（晶体光轴在入射当入射光线在主截面内时（晶体光轴在入射面内）面内），，o 光、光、e 光以及它们的主平面都在主光以及它们的主平面都在主截面内此时，两光的振动方向相互垂直此时，两光的振动方向相互垂直。

o 光垂直于主截面振动，光垂直于主截面振动，e 光在主截面内振动光在主截面内振动........光光光光面面面面主主主主光光光光面面面面主主主主平平平平平平平平光轴方向光轴方向eo光光光光e光光光光o 当一束光强为当一束光强为 I 的自然光入射在双折射晶的自然光入射在双折射晶体表面上时，经折射后产生体表面上时，经折射后产生 o 光和光和 e 光的光强光的光强相等，即相等，即 当一束光强为当一束光强为 I 的线偏振光入射在双折射晶的线偏振光入射在双折射晶体表面上时，经折射后产生体表面上时，经折射后产生 o 光和光和 e 光的光强随光的光强随入射光的偏振面与晶体主截面的夹角入射光的偏振面与晶体主截面的夹角θ而变 o光及光及 e 光都为线偏振光光都为线偏振光 o光的电矢量光的电矢量 E0 垂直于垂直于 o 光的主平面，光的主平面，e 光的光的电矢量电矢量 Ee 平行于平行于 e 光的主平面光的主平面3、、o光和光和e光的特点：光的特点：4、、o光和光和e光的强度：光的强度：E EE Ee eE Eo oO Oθ θX XY Y光强之比光强之比马留公式马留公式E Eθ θθ θY YE Ee eE Eo oX XO Oo oe eE E光轴方向光轴方向光轴方向光轴方向马吕斯定律马吕斯定律cosAA0= 检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角。

偏振化方向之间的夹角I0I=cos2AA0检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0I0II0I=AA022=cosA02A02a2解：解：  为为P1 和和 P2 的偏振化方向的夹角的偏振化方向的夹角 自然光自然光 I0 透过透过P1 I1 = I0 / 2 线偏振光线偏振光 I1透过透过P2 I2 = I1 cos 2  = I0 cos2  / 2P3P2P1 例：一束光强为例：一束光强为 I0 的自然光，相继通过三的自然光，相继通过三个偏振片个偏振片P1、P2 和和P3 后出射光的光强为后出射光的光强为 I =I0 /8已知已知 P1和和 P3 的偏振化方向相互垂直，的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转若以入射光线为轴，旋转 P2 要使出射光的光要使出射光的光强为零，强为零，P2 最少要转过的角度是多少最少要转过的角度是多少? ? 线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(π/ 2 -  ) = I0 cos2 sin2 / 2 = I0 sin22 / 8 已知已知 I = I0 / 8，，所以所以 sin22 = 1，即，即  =π/4、3π/4、5π/4、7π/4 若若 I = 0，，则必需则必需 sin22 = 0，，即即 2 = 0，π  = 0 , π/2 所以要使出射光的光强为零，所以要使出射光的光强为零，P2 最少最少要转动要转动π/4 角度。

角度晶体的各向异性： x=  y  z,CaCO3CaOCz光轴光轴光矢量垂直于光轴时，介电常数为 x , y 光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，介电常数就不同，光的传播速度也就不同1、晶体的主折射率，正晶体、负晶体、晶体的主折射率，正晶体、负晶体光矢量平行于光轴时，介电常数为 z 二、光在单轴晶体中的波面、光在单轴晶体中的波面o光：光： no ，，ne 称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率e光：光：························vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo t 正晶体：正晶体：ne> no负晶体：负晶体：ne< novo tve t光轴光轴 点波源点波源点波源点波源vo tve  t光轴光轴 (ve< vo)(ve> vo)如：石英、冰如：石英、冰如：方解石、红宝石如：方解石、红宝石正晶体正晶体负晶体负晶体vevononevveonone波面波面波面波面eo光轴光轴光轴光轴vevovove**ACD光轴光轴i （（1） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体2、、光在单轴晶体中传播的惠更斯作图法光在单轴晶体中传播的惠更斯作图法ACDE.光轴光轴i （（1） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体ACDE.光轴光轴i （（1） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体ACDE..........oo光轴光轴i （（1） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体EACDE..........oo光轴光轴i （（1） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体GACDF..........oo光轴光轴i （（1） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体EGACDF..........eoeo光轴光轴i （（1） 平面波倾斜入射方解石晶体平面波倾斜入射方解石晶体EG （（2）） 平面波垂直入射方解石晶体平面波垂直入射方解石晶体ACD........eoeo光轴光轴BEFG（（3）） 平面波垂直入射方解石晶体平面波垂直入射方解石晶体 光轴垂直于晶面光轴垂直于晶面ACDFE........eoeo光轴光轴B（（4）） 平面波垂直入射方解石晶体平面波垂直入射方解石晶体 光轴平行于晶面光轴平行于晶面ACD....eoeo光轴光轴B....（（5）） 平面波垂直入射方解石晶体平面波垂直入射方解石晶体 光轴平行于晶面光轴平行于晶面ACD....eoeo光轴光轴B.....710尼科耳棱镜的制作过程第二节第二节 偏振器件偏振器件1 1 1 1、尼科耳棱镜、尼科耳棱镜、尼科耳棱镜、尼科耳棱镜680涂上加拿大树胶涂上加拿大树胶680尼科耳棱镜的制作过程尼科耳棱镜的制作过程o光发生全反射光发生全反射n加加=1.55n=e1.516n =1.6584onon加加>.. . . . .......900φoe220680oeAMCN自然光自然光加拿大树胶加拿大树胶光光轴轴n=e1.4864~1.6584φ=770>临界角临界角，，且且n加加> ne...e光不会发生全反射光不会发生全反射.. .尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器。

尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器 . . ... . .. .α..... .α格兰格兰格兰格兰- -泰勒棱镜泰勒棱镜泰勒棱镜泰勒棱镜格兰格兰格兰格兰- -傅科棱镜傅科棱镜傅科棱镜傅科棱镜 2 2、、渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜 渥拉斯顿棱镜是由二块方解石（负晶体渥拉斯顿棱镜是由二块方解石（负晶体 vo < ve ））做的直角棱镜拼成的，棱镜做的直角棱镜拼成的，棱镜 ABD ABD 的光轴平行于的光轴平行于AB AB 面，棱镜面，棱镜 CDBCDB 的光轴垂直的光轴垂直于于 ABD ABD 的光轴 ......... ........ ....... .... .. .....................光轴光轴光轴光轴.ADCB 自然光垂直入射到自然光垂直入射到 AB AB 面时，面时，o o光光和和 e e 光光将分别以速率将分别以速率 v0 和和 ve 无折射地沿同一方向无折射地沿同一方向进行；当它们进入第二棱镜后，由于第二棱镜进行；当它们进入第二棱镜后，由于第二棱镜光轴与第一棱镜光轴垂直，所以在第一棱镜中光轴与第一棱镜光轴垂直，所以在第一棱镜中的的 o o光光对第二棱镜来说变成对第二棱镜来说变成 e e光光，反之，在第，反之，在第一棱镜中的一棱镜中的 e e光光对第二棱镜来说变成对第二棱镜来说变成 o o光。

光 ......... ........ ....... .... .. .....................光轴光轴光轴光轴.ADCB自然光自然光o 光光e 光光 原来第一棱镜中的原来第一棱镜中的 o o 光光进入第二棱镜时，进入第二棱镜时，折射角应大于入射角，折射光远离折射角应大于入射角，折射光远离BD BD 面的法面的法线传播；反之，原来第一棱镜中的线传播；反之，原来第一棱镜中的 e e 光光进入进入第二棱镜时，折射角应小于入射角，折射光靠第二棱镜时，折射角应小于入射角，折射光靠近近BD BD 面的法线传播因此，两束线偏振光在面的法线传播因此，两束线偏振光在第二棱镜中分开第二棱镜中分开 ......... ........ ....... .... .. .....................光轴光轴光轴光轴.ADCB自然光自然光o 光光e 光光 当两束光由第二棱镜当两束光由第二棱镜CD CD 面出射进入空面出射进入空气时，它们各自都由光密介质进入光疏介质，气时，它们各自都由光密介质进入光疏介质，它们将进一步分开，其中振动方向互相垂直。

它们将进一步分开，其中振动方向互相垂直..... ......... ........ ....... .... .. .....................e光光 o光光 光轴光轴光轴光轴.ADCB自然光自然光o 光光e 光光4 4、、波晶片（波晶片（wave plate）） 利用某些双折射晶体只吸收其中一束光利用某些双折射晶体只吸收其中一束光的特性而制成的的特性而制成的3 3、、二向色性偏振片二向色性偏振片 当光线垂直入射于光轴与表面平行的双折当光线垂直入射于光轴与表面平行的双折射晶体时，射晶体时，o光与光与e光在传播方向上不分开，光在传播方向上不分开，但在相位上分开若光线穿过晶体的厚度为但在相位上分开若光线穿过晶体的厚度为d，则，则o光和光和 e光的相位差为光的相位差为1/4 1/4 波片波片 o光和光和 e光的光程差光的光程差 为为1/4波长的波长的奇数倍相位差为奇数倍相位差为π/2的奇数倍的奇数倍半波片半波片 o光和光和 e光的光程差光的光程差 为为1/2波长的波长的奇数倍相位差为奇数倍。

相位差为π的奇数倍的奇数倍 一束振幅为一束振幅为A的线偏振光正入射在波片上，的线偏振光正入射在波片上，入射光的振动面与光轴的夹角为入射光的振动面与光轴的夹角为θ o光的光振动垂直于光轴，光的光振动垂直于光轴， e光的光振光的光振动平行于光轴动平行于光轴y yy´y´x´x´x xO OO´O´A AA Ao oA Ae eZ Zd dθ θ光轴方向光轴方向 光线射到波片表面光线射到波片表面时的振动为时的振动为 经过厚度为的波片经过厚度为的波片d 后，从后表面射出后，从后表面射出时的振动为时的振动为 δo δe 分别为分别为 o光和光和 e光经过波片后产生光经过波片后产生的相位差的相位差δ = δo－－δe 讨论：讨论：（（1）若波片为全波片，）若波片为全波片，δ= 2kπ经全波片后，出射光仍为线偏振光经全波片后，出射光仍为线偏振光2）若波片为半波片，）若波片为半波片，δ=（（2k+1）π 经半波片后，出射光仍为线偏振光但相经半波片后，出射光仍为线偏振光但相对入射前旋转了对入射前旋转了2θ（（3）若波片为）若波片为1/4 波片，波片，δ= 2kπ ±π/2x´xyy´2θθAoAeExEx´EyEy´出射光出射光入射光入射光出射光出射光入射光入射光y´θx´AoAeπ π＞＞δ δ ＞＞0 0y´出射光出射光入射光入射光θx´AoAe- -π π＜＜δ δ ＜＜0 0右旋偏振光右旋偏振光右旋偏振光右旋偏振光左旋偏振光左旋偏振光左旋偏振光左旋偏振光y´出射光出射光入射光入射光θx´AoAeθ= 45°θ= 45°，，δ= π/2 δ= π/2 （（4）对于一般情况，即波片的厚度为任意值）对于一般情况，即波片的厚度为任意值d 总之，一束线偏振光经过一波片后，总总之，一束线偏振光经过一波片后，总是变成一个椭圆偏振光，这个椭圆总是内切是变成一个椭圆偏振光，这个椭圆总是内切于由于由θ决定的一个矩形。

椭圆的形状、方位决定的一个矩形椭圆的形状、方位和左、右旋取决于和左、右旋取决于δ在特殊情况下，它可在特殊情况下，它可以是圆偏振光、改变了方向的线偏振光、与以是圆偏振光、改变了方向的线偏振光、与原来入射光完全相同的线偏振光原来入射光完全相同的线偏振光 例：例： 在两偏振片在两偏振片P1 P2 之间插入之间插入1/4波片，波片，并使其光轴与并使其光轴与P1 的偏振化方向间成的偏振化方向间成45°角光强为光强为 I0 的单色自然光垂直入射于的单色自然光垂直入射于P1 ，，转转动动P2 ，，求透过求透过P2 的光强解：解：C CA Ae eO OA Ao oA A2o2oA A2e2eP P1 1P P2 2A A1 1α αC 表示波片的光轴方向表示波片的光轴方向α 表示表示P2 和和C 的夹角的夹角 单色自然光经单色自然光经P1后为线后为线偏振光，振幅为偏振光，振幅为A1 ，经，经1/4波片后为圆偏振光波片后为圆偏振光 两个分振动透过两个分振动透过P2 的振幅都只是它们的振幅都只是它们沿沿P2 方向的投影方向的投影它们的相差为它们的相差为π/2 以以A 表示这两个具有恒定表示这两个具有恒定相差并沿同一方向振动的光相差并沿同一方向振动的光矢量的合振幅，则有矢量的合振幅，则有C CA Ae eO OA Ao oA A2o2oA A2e2eP P1 1P P2 2A A1 1α α 此结果表明，通过此结果表明，通过P2的光强只有圆偏振的光强只有圆偏振光的一半，也是透过光的一半，也是透过P1的线偏振光光强的线偏振光光强 I1的一半，即的一半，即 例：一束圆偏振光（例：一束圆偏振光（1）垂直入射到）垂直入射到1/4波波片上，求透射光的偏振状态；（片上，求透射光的偏振状态；（2）垂直入）垂直入射到射到1/8波片上，求透射光的偏振状态。

波片上，求透射光的偏振状态 解：圆偏振光可看成由位相差为解：圆偏振光可看成由位相差为π/2的两的两个互相垂直的振动合成个互相垂直的振动合成 （（1）经过）经过1/4波片后，两个振动间的位波片后，两个振动间的位相差增加或减少相差增加或减少π/2，成为成为故透射光为平面偏振光故透射光为平面偏振光 （（2）经过）经过1/8波片后，两个振动间的位波片后，两个振动间的位相差增加或减少相差增加或减少π/4，成为成为故透射光为椭圆偏振光故透射光为椭圆偏振光线偏振光：线偏振光：δ= mπ（（m为整数）为整数）椭圆偏振光：椭圆偏振光：δ=（m+1）π/2（（m为整数）为整数）圆偏振光：圆偏振光：Ao = Ae第三节第三节 偏光分析与椭圆偏振仪偏光分析与椭圆偏振仪1、偏振态的鉴定、偏振态的鉴定检偏器检偏器光强不变光强不变光强改变光强改变自然光自然光圆偏振光圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光（线偏振光（I =0））部分偏振光部分偏振光和和椭圆偏振光椭圆偏振光自然光自然光和和圆偏振光圆偏振光【【思考思考】】如何用四分之一波片和偏振片区分如何用四分之一波片和偏振片区分 四四分分之之一一波波片片圆偏振光圆偏振光自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（（转转动动））线偏振光线偏振光 I不变不变线偏振光线偏振光I 变，有消光变，有消光以入射光方向为轴以入射光方向为轴 四四分分之之一一波波片片椭圆偏振光椭圆偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（（转转动动））线偏振光线偏振光I 变，有消光变，有消光 部分部分偏振光偏振光 光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置线偏振光线偏振光I变变, 无消光无消光或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置2、椭圆偏振光的分析、椭圆偏振光的分析经过经过1/4波片后，在出射处波片后，在出射处 o光和光和 e光分别为光分别为若若1/4波片是负晶体，波片是负晶体，若若1/4波片是正晶体，波片是正晶体， 利用线偏振光反射后形成的椭圆偏振光进利用线偏振光反射后形成的椭圆偏振光进行分析而测定材料表面或薄膜的光学性质的行分析而测定材料表面或薄膜的光学性质的仪器。

仪器 可测定的光学常量：薄膜的折射率、消可测定的光学常量：薄膜的折射率、消光系数、厚度、色散、非均匀性光系数、厚度、色散、非均匀性椭圆偏振仪椭圆偏振仪第四节第四节 偏振光的干涉及其应用偏振光的干涉及其应用yyP1P2Zxxθ. .波片波片相干条件：相干条件：频率相同、相位差恒定、频率相同、相位差恒定、 振动方向基本相同振动方向基本相同一、偏振光干涉装置一、偏振光干涉装置EEoyEeEoxEexθO光轴方向光轴方向P P2 2P P1 1xEEoyEeEoyEeyθO光轴方向光轴方向（（（（P P2 2））））P P1 1x二、偏振光干涉分析二、偏振光干涉分析1、、振幅关系振幅关系两相干偏振光总的相位差为两相干偏振光总的相位差为 上式第一项为通过波片时产生的相差上式第一项为通过波片时产生的相差第二项为通过第二项为通过P2产生的附加相差产生的附加相差 时，从矢量图中可见时，从矢量图中可见 Eox 和和 Eex的的方向相反，因而有附加相差方向相反，因而有附加相差π，，这一附加这一附加相差和相差和P1 P2 的偏振化方向的相对位置有的偏振化方向的相对位置有关，在关，在 时，无附加相差。

时，无附加相差2、相位关系、相位关系θ=0 或或90°的整数倍时，的整数倍时，I =0 ：若旋转波片，则干涉条纹随之旋：若旋转波片，则干涉条纹随之旋转，其对比度不变而干涉条纹的强度以转，其对比度不变而干涉条纹的强度以π/2为周期 θ=0 或或90°的整数倍时，两束光中一束的整数倍时，两束光中一束光为光为0，另一束为极大另一束为极大 若旋转波片，则干涉条纹随之旋若旋转波片，则干涉条纹随之旋转，其对比度出现周期性变化每转动转，其对比度出现周期性变化每转动90°，，出现一次干涉条纹消失出现一次干涉条纹消失若单色光入射，且若单色光入射，且d d不均匀，则屏上为等厚条纹不均匀，则屏上为等厚条纹某波长某波长λ满足满足 则该波长的光在则该波长的光在 时是相互抵消的在时是相互抵消的在 时是相互加强的时是相互加强的某波长某波长λ满足满足 则该波长的光在则该波长的光在 时是相互抵消的在时是相互抵消的在 时是相互加强的时是相互加强的偏振光的干涉应用偏振光的干涉应用于某种颜色干涉相消，而呈现它的于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，互补色，三、色偏振三、色偏振（（chromatic polarization））若白光入射，且晶片若白光入射，且晶片d 均匀，均匀，若若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。

不均匀，则屏上出现彩色条纹红色红色（（656.2 nm））相消相消如：如：蓝色蓝色（（485.4nm））相消相消【【演示演示】】玻璃纸厚度不同的色偏振玻璃纸厚度不同的色偏振 色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法，色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法，用显微镜观察各种材料在白光下的色偏振，用显微镜观察各种材料在白光下的色偏振，分析物质内部的某些结构分析物质内部的某些结构 — 偏光显微术偏光显微术则：屏上则：屏上由由这叫（显）这叫（显）色偏振色偏振→绿色绿色（（492.1nm）；）；→黄色黄色（（585. 3 nm）可以可以1、、光测弹性光测弹性 用于检查各向同性介质在制造过程中残用于检查各向同性介质在制造过程中残存的内应力，或外加应力的分布存的内应力，或外加应力的分布四、偏光干涉的应用四、偏光干涉的应用FFP1P2 · ·dS干涉干涉有机玻璃有机玻璃C应力应力→各向异性各向异性在一定应力范围内：在一定应力范围内：→ n各向不同各向不同2、、电光效应（电光效应（electro-optic effect）：）：电场引起物质的各向异性，从而产生双折射电场引起物质的各向异性，从而产生双折射。

1)Pockles 效应：效应： 外加电场所产生的外加电场所产生的o光和光和 e光的相位差与电场光的相位差与电场强度成正比，也称线性电光效应强度成正比，也称线性电光效应 KH2PO4（（KDP）、）、NH4H2PO4（（ADP））等等单单晶都具有线性电光效应晶都具有线性电光效应激光调激光调Q，，超高速开关（响应时间小于超高速开关（响应时间小于1010 9 9s s），），数据处理数据处理…显示技术，显示技术，应用：应用：(2)Kerr效应效应 外加电场所产生的外加电场所产生的o光和光和 e光的相位差与电场光的相位差与电场强度的平方成正比强度的平方成正比l+-克尔盒克尔盒d45 P2P145 盒内充某种液体，如盒内充某种液体，如硝基苯（硝基苯（C6H5NO2）） 克尔盒的应用克尔盒的应用:可作为光开关（响应时间可作为光开关（响应时间 10 9s），用于高速摄影、激光通讯、光速测距、），用于高速摄影、激光通讯、光速测距、脉冲激光系统（作为脉冲激光系统（作为Q开关）开关） 克尔盒的缺点：克尔盒的缺点：硝基苯有毒，易爆炸，需要极高硝基苯有毒，易爆炸，需要极高的纯度和加数万伏的高电压，故现在很少用。

的纯度和加数万伏的高电压，故现在很少用第五节、旋光（第五节、旋光（roto-optical））y yy´y´x´x´x xO OO´O´Z Zd dθ θ光轴方向光轴方向一、物质的旋光性（一、物质的旋光性（optical activity）） 1811年，法国物理学家年，法国物理学家阿喇果阿喇果（（Arago）发现，）发现，线偏振线偏振光沿光轴光沿光轴方向通过石英晶体时，其方向通过石英晶体时，其振动面振动面能发生旋转，这称能发生旋转，这称为旋光现象为旋光现象 除石英外，除石英外，氯酸钠、氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水乳酸、松节油、糖的水溶液等也都具有旋光性溶液等也都具有旋光性左旋与右旋晶体左旋与右旋晶体 同一种旋光物质由于光偏振面旋转的方同一种旋光物质由于光偏振面旋转的方向不同而分为左旋和右旋向不同而分为左旋和右旋 迎面迎面观察通过晶体的光，振动面沿顺时观察通过晶体的光，振动面沿顺时针方向旋转的晶体为左旋晶体，逆时针旋转针方向旋转的晶体为左旋晶体，逆时针旋转的为右旋晶体的为右旋晶体左旋晶体左旋晶体右旋晶体右旋晶体 线偏振光是由频率相同但旋向相反的两个圆线偏振光是由频率相同但旋向相反的两个圆偏振光偏振光 E EL L E ER R 组成，这两种圆偏振光在物质中的组成，这两种圆偏振光在物质中的速度不同。

速度不同E ER RE EL LE EL LE ER RE Eδ δR Rδ δL Lθ θy´y´y y 入射线偏振光振幅为入射线偏振光振幅为A，，则两个圆偏振光则两个圆偏振光的振幅为的振幅为A/2二、旋光现象的解释、旋光现象的解释左旋光与右旋光的相位差为左旋光与右旋光的相位差为 对于上图出射时，这一对相位差为对于上图出射时，这一对相位差为δ的圆偏振光的圆偏振光合成的是振动方向相对于合成的是振动方向相对于y´轴轴逆时针转过了逆时针转过了θ （（θ =δ/2）角的线偏振光角的线偏振光对于左旋晶体，对于左旋晶体，θ>0对于右旋晶体，对于右旋晶体， θ<0ELERE入射面入射面(a)出射面出射面(b)ELERE R L 设入射时设入射时L、、R位相为位相为0旋光物质长为旋光物质长为d，在出射面上：，在出射面上：位相位相位相位相左旋晶体左旋晶体θ=δ/2a 为材料的旋光率为材料的旋光率 旋光性不仅与物质有关，还与入射波长有关旋光色散：旋光色散：一束包含不同波长的线偏振光经过旋光晶体一束包含不同波长的线偏振光经过旋光晶体后，不同波长的光旋转角度不同，若在旋光晶体后加一后，不同波长的光旋转角度不同，若在旋光晶体后加一偏振片，转动偏振片可看到透射光色彩的变化。

偏振片，转动偏振片可看到透射光色彩的变化三、旋光现象的应用、旋光现象的应用 偏振面旋转的角度偏振面旋转的角度θ和光在液体中通过的路程和光在液体中通过的路程d 成正比，成正比，也和溶液的浓度也和溶液的浓度C 成正比成正比四、磁致旋光、磁致旋光 当一束线偏振光沿磁场方向通过玻璃时，当一束线偏振光沿磁场方向通过玻璃时，其偏振面发生了旋转，此效应为法拉第磁其偏振面发生了旋转，此效应为法拉第磁光效应 在法拉第效应中，线偏振光旋转的角在法拉第效应中，线偏振光旋转的角度度θ正比于施加的磁场正比于施加的磁场 B 和光在介质中的和光在介质中的传播长度传播长度 L V 是与物质性质有关的常数，是与物质性质有关的常数，verdet 常量 法拉第磁光效应的重要特性是：无论光的法拉第磁光效应的重要特性是：无论光的传播方向与磁场方向平行或是反平行，线偏振传播方向与磁场方向平行或是反平行，线偏振光的旋转方向相同当光第一次经过法拉第盒光的旋转方向相同当光第一次经过法拉第盒旋转了角度旋转了角度θ，，被反射后，按原路再一次经过被反射后，按原路再一次经过这个法拉第盒，将旋转角度这个法拉第盒，将旋转角度2θ。

LB. .45°45°45°45°90°90°反反 射射 镜镜法拉第盒法拉第盒线偏振器线偏振器。