光的折射在生活中的应用

光的双折射现象理论分析及应用

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专业：电子与通信工程

双折射性

当光射入各向异性晶体(如方解石晶体)后，可以观察到有两束折射光，这种现象称为光的双折射现象。

两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光，通常用o表示，简称o光；另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光，用e表示，简称e光。

光轴、主平面

当光在晶体内沿某个特殊方向传播时将不发生 双折射，该方向称为晶体的光轴。

光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。若光轴在入射面内，

实验发现：O光、 e 光均在入射面内传播， 且振动方向相互垂直。若沿光轴方向入射， O光和e光具有相同 的折射率和相同的波速，因而无双折射现象。

单轴晶体：只有一个光轴的晶体

双轴晶体：有两个光轴的晶体 主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。

用惠更斯原理解释光的双折射现象

晶体有正晶体和负晶体。正晶体 : ne> no 负晶体 : ne< no

惠更斯原理：O 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。 即具有各向同性的传播速率。

e 光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭球面。 沿光轴方向与O光具有相同的速率。

e 光在垂直于光轴方向上的传播速率Ve，在该方向的折射率 ne主

e 光在其它方向上的折射率在 n0~~~~~ne主之间 。

平行光倾斜入射，光轴在入射面内， 光轴与晶体表面斜交

如果光轴不在入射面内，球面和椭球面相切的点， 就不会在入射面内，则 O光、e 光振动方向并不相互垂直。

平行光垂直入射，光轴在入射面内， 光轴与晶体表面斜交

出射两束偏振方向相互垂直的线偏光

平行光垂直入射，光轴在入射面内， 光轴平行晶体表面

出射光沿同方向传播，具有相互垂直的偏振方向。

双折射现象的应用

尼科耳棱镜：两块特殊要求加工的直角方解石，如图：光轴在ACNM平面内方向与AC成480，入射面取ACNM面

光的折射原理在日常生活中的应用实例

光的折射现象在日常生活中有很多应用，以下是一些常见的例子：

1. 眼镜：无论是近视镜还是远视镜，都是利用了光的折射原理来矫正视力。光线通过镜片的不同部分发生折射，使得光线能够正确地聚焦在视网膜上，从而让用户能够清晰地看到远近的物体。

2. 摄影镜头：摄影镜头中的透镜组也是利用光的折射原理来汇聚光线，从而在感光元件上形成清晰的图像。不同的镜头设计和透镜材料可以产生不同的焦距和图像效果。

3. 水中钓鱼：当光线从空气进入水中时，会发生折射。因此，当我们在水中看水中的鱼时，鱼的位置会比实际位置偏高。为了准确地定位鱼的位置，钓鱼者需要了解光的折射规律，并相应地调整自己的视线。

4. 磨制宝石：在磨制宝石的过程中，利用光的折射原理可以检测出宝石的形状、大小和表面质量。当光线射入宝石后，通过观察折射光线的变化，可以判断宝石的形状和表面质量是否符合要求。

5. 全息摄影：全息摄影技术利用了光的干涉和折射原理，能够在记录介质上创建出三维图像。通过特定的观察角度，我们可以观察到全息图像的立体感和色彩变化。

6. 天文观测：在天文学中，折射原理被广泛应用于望远镜的设计和制造中。望远镜的镜片能够汇聚远处天体的光线，帮助天文学家观测到更远、更暗的天体。

7. 水下摄影和照明：在水中拍摄照片或使用水下照明设备时，光的折射原理可以影响图像的清晰度和照明效果。了解和掌握折射规律可以帮助摄影师和水下摄影师更好地掌握拍摄技巧和设备设置。

8. 光纤通信：光纤通信利用了光的全反射原理来传递信息。当光线射入光纤时，会在光纤内部发生全反射，从而将信息传递到目的地。光纤通信在现代通信中发挥着重要的作用。 以上只是一些常见的例子，实际上光的折射现象在光学、天文学、摄影、医学等领域有着广泛的应用。了解和掌握光的折射原理可以帮助我们更好地理解和利用这些技术。

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光的干涉在实际生活中的应用

作者：叶子涵

来源：《中文信息》2018年第01期

摘 要：在实际生活当中，有许多应用都是来源于物理学中的光学分支，其中，光的干涉在日常生活中的应用更是占据了重要的位置。本文主要目的是介绍一些光的干涉在日常生活中运用的几个典型的例子，如测量表面的平整度、测量微位移的大小和测量透明介质的折射率等。通过对这几类光的干涉的运用事例的介绍，引出利用科学解决实际问题的方法和思路。

关键词：光 干涉 实际应用

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）01-0-01

引言

当频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两束简谐光波相遇时，就会发生干涉现象。[1]在光波重叠区域，某些地方的合成光强极大，有些地方合成光强极小，合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布，这种现象称为光的干涉。[2]光的干涉现象在我们的生活当中运用是非常广泛的，因此也为我们日常生产和生活提供了诸多的便利。并且由于大多数场合下的应用都以波长为单位，我们知道，光的波长都在纳米级别，因此在这些场合中的测量精密程度也非常高。下面就着重介绍光的干涉现象在生活中运用的几个典型案例。

一、检测工件的平整度

在如今的生产和生活当中，检测一些部件表面的平整程度越来越受到重视，尤其是对精密程度要求较高的零件，知悉其表面质量显得尤为重要。

以玻璃块为例，有些领域对玻璃表面的平整度要求是比较高的，有些瑕疵是肉眼看不出来的，因此需要用光的干涉的方法。我们可以将待测的玻璃水平放置，再用另一块已知表面非常平整的玻璃放在待测玻璃上方，并且二者之间形成一个楔形的空气域。使一束单色光从上方入射，那么入射光将会从这个楔形空气域的上下两个面同时反射，反射回来的光在上表面发生干涉现象。假如待测的玻璃上表面是完美的，那么对于空气域来说，厚度相同的位置的连线应该是位于同一条直线上的，此时，我们可以看到互相平行且很直的干涉条纹；反之，如果待测玻璃表面某处有瑕疵，那么该位置所对应的空气层的厚度就发生了变化，这时候我们会看到干涉条纹出现弯曲现象，因此可以通过看干涉条纹是否有弯曲来判断表面是否平整，此外，我们还可以通过弯曲的方向来判定瑕疵是凹陷还是凸起。

2．利用光的折射规律解释现象

光的折射 池水看起来比实际的浅；插入水中的筷子看起来向上弯折；在水中

——规律及应用 叉鱼时，只有瞄准鱼的下方才能把鱼叉到；清晨和傍晚的太阳实际上

在地平线以下；海市蜃楼现象等等都是光的折射现象。

一、有关光的折射定律

1．内容：

⑴三线共面

⑵法线居中

⑶“空气”中的角大

⑷折射角随入射角增大而增大

⑸垂直入射传播方向不改变

【例 1】 【例 2】

(基础过关)如图所示的四幅图中，能正确表示光从空气射入水中的是 (2010 西城二模)如图列出我们能够看到的现象中，属于光的折射现象

() 的是( )

1 【例 3】 【例 4】

(能力提高) 古诗中有“大漠孤烟直，长河落日圆”的壮美诗句，诗人观 (多选)下列现象中，属于光的折射现象的是( )

察到的落日并非太阳实际位置，而是光线经过不均匀大气时发生了 A．站在游泳池边的人看到游泳池中的水很浅

________而成的________像(填“虚”或“实”)，太阳实际在图中_______ B．清晨，我们看到地平线上刚刚升起的太阳

位置(填“甲”或“乙”) 。傍晚我们看到的西下的落日是在它实际位置的 C．汽车在倒车时，司机利用后视镜观察车后的景物

__________。 D．护士用水银体温计为病为测量体温后观察体温计的示数

【例 5】 【例 6】

(能力提高)在脸盆中放一枚硬币，缓慢地往盆中注水，由于光的折射， 在沙漠中赶路的人，有时正当非常口渴的时候，忽然一个碧波荡漾的

我们将看到硬币(实际上是它的像的位置)( ) 大湖出现在眼前，当走近时，大湖消失得无影无踪，出现这种现象的

A． 逐渐升高 原因是( )

B． 逐渐降低 A．光在沙漠上发生漫反射的缘故

C． 先升高后降低 B．光从云上反射下来的缘故

D． 先降低后升高 C．光在不均匀的大气层中发生折射的缘故