光的偏振和晶体双折射

巧用偏振法鉴别石头眼镜作者：温应春更新时间：2008-1-23甘肃省天水市第十中学741029水晶石眼镜俗称石头眼镜。

石头眼镜和普通眼镜相比，前者是由晶体构成，后者是由非晶体构成。

一、晶体的双折射现象众所周知，晶体有一个很奇特的光学现象，就是双折射现象，那就是说当一束自然光通过晶体的时候，光线一分为二，一束是普通光，也叫寻常光（简称o光），另一束叫非常光（简称e光）。

非常光的偏振方向和寻常光的偏振方向是相互垂直的。

可是当一束自然光通过非晶体的时候，却只有普通的光现象，不会发生双折射的。

二、偏振光是一种电磁波，也是横波，一束自然光通过一个起偏器，就变成偏振光，偏振方向和起偏器的透振方向一致，再让这束偏振光通过一个检偏器，便没有光线透过了。

当然检偏器和起偏器的透振方向刚好垂直。

三、如何用偏振法区别晶体和非晶体如果在检偏器和起偏器之间放上一块普通玻璃，结果和上面的一样，即没有光线通过。

如果在检偏器和起偏器之间放上一块晶片，结果就截然相反，即有光通过检偏器了。

这是为什么呢？原因是通过起偏器P的偏振光的偏振方向虽然和检偏器垂直，但当这束偏振光再通过晶片的时候发生双折射现象，寻常光o的振动方向和原来一样，以致不能通过检偏器A了，可是非常光的振动方向和寻常光恰好垂直，所以透过了检偏器A。

如图1所示，（在相位差不等于的整数倍时，o光和e光构成椭圆偏振光。

）如图1、2所示。

用以上这些知识就可以简单的鉴别眼镜是石头眼镜还是玻璃眼镜了。

【实验目的】鉴别眼镜是石头眼镜还是玻璃眼镜【实验原理】双折射现象、偏振【实验器材】起偏器和检偏器各一个，石头眼镜一幅，普通玻璃一块。

【实验步骤】1、将起偏器和检偏器分开放置；2、在起偏器和检偏器之间分别放上石头镜片和普通玻璃片，有光通过的是石头镜片，没有光通过的便是普通玻璃片。

【注意事项】务必将起偏器和检偏器的透振方向垂直放置。

天然水晶是最早制做眼镜片的材料。

水晶质地坚硬，色泽美丽，光学性能稳定，受大气和化学药品的作用不起任何变化。

偏振光与双折射实验教案偏振与双折射实验教案赵东⼀、实验⽬的1、观察光在各向异性晶体中传播时产⽣的双折射现象，了解其规律；2、观察光的偏振现象，加深对各种偏振光的概念和规律的理解；3、掌握⼀些偏振光的产⽣和检验⽅法，以及了解相关仪器件的原理和使⽤⽅法。

⼆、实验原理1、光的横波性与偏振光的横波性是指光波的电⽮量与光的传播⽅向垂直。

在传播⽅向上垂直的⼆维空间中，电⽮量可能有各种各样的振动状态，我们称之为偏振。

简⽽⾔之，振动⽅向与传播⽅向垂直的波，叫横波。

光的偏振态可分为5种：⾃然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光。

后⾯将⼀⼀介绍。

2、⼆⾊性与偏振⽚(polarizer) 2.1⼆⾊性有的晶体对不同⽅向的电磁振动具有选择吸收的性质，当光照射到这种晶体的表⾯上时，振动的电⽮量与光轴（光轴的概念在后⾯介绍）平⾏时，被吸收得⽐较少，光可以较多地通过；电⽮量与光轴垂直时，被吸收得较多。

⽐如电⽓⽯晶体。

这种性质叫⼆⾊性。

2.2偏振⽚的制造这⾥先插⼊对偏振⽚的介绍。

能产⽣线偏振光（线偏振光的概念见后⾯）的晶⽚叫偏振⽚。

电⽓⽯对电⽮量垂直和平⾏与光轴⽅向的光的吸收程度的差别还不够⼤，我们要做的理想偏振⽚的要求是，最好能使⼀个⽅向的振动全部吸收掉。

在这⼀点上，碘硫酸奎宁晶体的性能要⽐电⽓⽯好得多，但是它的晶体很⼩。

通常的偏振⽚是在拉伸了的塞璐璐基⽚上蒸镀⼀层硫酸奎宁晶粒，基⽚的应⼒可以使晶粒的光轴定向排列起来，这样可得到⾯积很⼤的偏振⽚。

⼩知识：1852年海拉巴斯(Herapath)发现碘硫酸奎宁晶体有⼆向⾊性，这⼀发现被布儒斯特写⼊书中，当时在哈佛就读的学⽣兰德(Land)读了布儒斯特的书后，对此很感兴趣。

⼏年后，兰德发明⼀种⽅法，把细⼩的针状的碘硫酸奎宁晶体排列在塞璐璐基⽚上，制成了⾯积很⼤的线偏振器。

这是⼀种价廉物美的偏振⽚，⾄今还⼴泛运⽤科研和教学中。

2.3偏振⽚的透振⽅向偏振⽚上能透过的振动⽅向称为它的透振⽅向。

光的偏振与双折射现象光是一种电磁波，可以在真空中以及各种介质中传播。

而在传播过程中，光的偏振与双折射现象是光波特性中非常重要的内容。

本文将介绍光的偏振与双折射现象的基本概念和原理。

一、光的偏振偏振是指光波中的电场矢量在传播方向上的振动方式。

光波可分为非偏振光、偏振光和部分偏振光。

1. 非偏振光：光波中的电场矢量在各个方向上均匀分布，没有特定的振动方向。

2. 偏振光：光波中的电场矢量在某一特定方向上振动，而在其他方向上几乎无振动。

常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。

3. 部分偏振光：光波中的电场矢量在多个方向上振动，但是其中有一个主要的振动方向。

光的偏振可以通过偏振片进行实验观察和分析。

偏振片是由特殊材料制成的，在某一方向上只允许特定方向的电场矢量通过。

当非偏振光通过偏振片时，只有与偏振片振动方向一致的电场矢量能通过，其他方向上的电场矢量则被滤除，从而得到偏振光。

二、双折射现象双折射指的是某些特定材料在光线入射时会发生两个不同速度的折射现象。

这是由于光在这些材料中的传播速度与光的偏振方向有关。

具有双折射现象的材料被称为双折射材料，其中最常见的是石英晶体。

当光线垂直于晶体的光轴方向传播时，不会发生双折射现象；但当光线不垂直于光轴时，就会发生双折射现象。

双折射材料可以通过偏振光的传播方向和光轴方向之间的夹角来进行分类。

根据夹角的不同，可以分为正常双折射和畸变双折射。

1. 正常双折射：在该类材料中，晶体的光轴方向与偏振光的振动方向垂直。

在光线通过材料时，会出现两个折射光束，一个按照正常的折射定律折射（常光），另一个则不按照常规定律折射（特光）。

2. 畸变双折射：在该类材料中，晶体的光轴方向与偏振光的振动方向不垂直。

在光线通过材料时，除了产生两个折射光束外，还会出现不同程度的畸变现象，导致光的传播路径变得复杂。

三、应用领域1. 光学器件：光的偏振与双折射现象在光学器件的设计中起着重要作用。

例如，偏振片可以用于光的调节、滤波和分析等方面。

第五章 光的偏振和晶体的双折射§ 5.1光的偏振态偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性。

一．光是横波1、 光是电磁波——横波2、 用二向色性晶体（电气石晶体、硫酸碘奎宁晶体）检验——横波。

最初的器件是用细导线做成的密排线栅（金质线栅，d=5.08×10-4mm ），光通过时，由于与导线同方向的电场被吸收，留下与其垂直的振动。

1928年，Harvaed 大学的Land （19岁）发明了人造偏振片，用聚乙烯醇膜浸碘制得。

到1938年，出现了H 型偏振片，原理相同。

3、名词起偏：使光变为具有偏振特性。

检偏：检验光的偏振特性。

透振方向：通过偏振仪器光的电矢量的振动方向。

二．光的偏振态偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性。

对可见光，只考虑其电矢量。

1．自然光振动方向随机，相对于波矢对称。

光的叠加是按强度相加。

可沿任意方向正交分解，在任一方向的强度为总强度之半。

021I I自然光是大量原子同时发出的光波的集合。

其中的每一列是由一个原子发出的，有一个偏振方向和相位，但光波之间是没有任何关系的。

所以，他们的集合，就是在各个方向振动相等、相位差随机的自然光。

在直角坐标系中，一列沿z 向传播、振动方向与X 轴夹角为θ的光，在X 方向的振幅为θθcos A A x =，由于各个光波在X 方向的总强度是光强相加，故有22022220cos )(A d A d A I x x πθθθππθ===⎰⎰同理2A I y π= 而总光强22022A d A I πθπ==⎰，故021I I I y x == 2．平面偏振光（线偏振光）只包含单一振动方向的电矢量。

在任一方向的光强θθ20cos I I =，马吕斯定律。

用偏振片可以获得平面偏振光。

偏振仪器（起偏器）的消光比=最小透射光强/最大透射光强 3．部分偏振光 介于自然光和线偏光之间。

偏振度=（I MAX -I MIN ）/（I MAX +I MIN ） 4．圆偏振光电矢量端点轨迹的投影为圆。