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(物理光学)第十五章_晶体光学基础

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(物理光学)第十五章_光的偏振和晶体光学基础-5

(物理光学)第十五章_光的偏振和晶体光学基础-5

O
1 2 cos , sin 2 2 G＝ 1 sin 2 , sin 2 2
检偏器透光轴与x’轴夹角 是，其琼斯矩阵为：
1 2 1 2 cos , sin 2 A cos A sin 2 2 A1 1 2 2 E出 GE入＝ A iA 1 2 sin 2 , sin 2 2 1 sin 2 iA2 sin 2 2
2、偏振分光镜与/4片组合
Io/4
Io Io/2 普通分光镜
Io/2 Io Io Io 偏振分光镜
稳频He-Ne激光 (He-Ne laser)
压电晶体(Piezoelectric crystal)
/2片
/4片
被检面
偏振分光 棱镜 prism
检偏器
TV相机
非球面测定用干涉仪
itg
2 1


结论：
1）从1/4波片出射的是线偏光。出射线偏光的光矢量 与x轴的夹角=/2。
2）旋转检偏器可测得，故可求，即求得了待测玻璃的 双折射率之差，从而分析了玻璃内部的应力情况 。
二、会聚(Convergence)偏光仪的干涉
P
C
A
会聚偏光仪干涉装置
透过厚度为d的晶片时两束出射光之间的相位差：
半影式检偏器工作原理 原理
结构： P H A
y
P1
O H1
’ ’
H2 P2 A
x
2 2 I1＝OH1 sin ( ' ) 2 2 I 2＝OH 2 sin ( ' )
2、椭圆偏振光的测定 含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指 定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角 坐标系下两偏振光振幅比和位相差。） y y’ C2 A2 x’

晶体光学基础理论

晶体光学基础理论

成绩评定
1．实验课，实验报告 20％
2．未知鉴定
20％
3．闭卷考试
60％
第一讲 晶体光学基础知识
晶体光学主要是研究可见光通过透明矿物晶体时的一些光学现 象及其变化规律，由于不同的晶体其光学性质不同（光学各向 异性），从而可以通过 其不同的光学特征鉴定矿物
本讲主要内容
●光学基本知识 ●光率体 ●光性方位 ●色散
二轴晶光率体正光性：Bxa = Ng ( Bxo = Np ) 光轴角 2 V < 90度 二轴晶光率体负光性：Bxo = Ng ( Bxa = Ng ) 光轴角 2 V > 90度
偏光显微镜技术
二轴晶光率体的切面类型
A. 垂直OA的切面 B. 平行OAP的切面 C. 垂直Bxa的切面（＋） D.垂直Bxa的切面（－） E. 垂直Bxo的切面（＋） F. 垂直Bxo的切面（－） G.任意斜交切面 H.垂直OAP的斜交切面
A:一轴晶正光性矿物的光性方位，B：一轴晶负光性矿物的光性方位
偏光显微镜技术
●低级晶族矿物的光性方位
斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系
A: 斜方晶系矿物的光性方位 B：单斜晶系矿物的光性方位 C：三斜晶系矿物的光性方位
ห้องสมุดไป่ตู้
第四节 色散
在物理学中，色散是指白光（复色光）通过透明物质 后分解为单色光而形成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫 连续光谱的现象。 ●白光是由多种色光组成。 ●透明物质对不同波长光波的折射率是不同的。
晶体光学 &
光性矿物学
主讲：
绪论
一、晶体光学
是研究可见光通过透明矿物晶体 所发生的折射、偏振、干涉、吸收,、 色散等一系列光学现象的基础学科； 是介绍用偏光显微镜在岩石薄片中测 定透明矿物光学性质的基本原理和基 本方法的应用学科

《晶体光学》课件2

《晶体光学》课件2

随着信息科学技术的快速发展，晶体光学与信息科学的交叉研究也越来越受到关注。例如，利用晶体光学原理，可以实现高速、高精度、高稳定性的光学信息处理和传输，为未来的通信和计算技术提供新的解决方案。
晶体光学在生物医学领域也有着广泛的应用前景。例如，利用晶体光学原理可以研究生物组织的结构和功能，为医学诊断和治疗提供新的手段。同时，晶体光学也可以用于药物研发和生物成像等领域，为生物医学研究提供新的工具和思路。
晶体光学在制造各种光学仪器中发挥着重要作用，如棱镜、透镜等。
晶体光学材料可作为激光介质，用于制造各种激光器。
在光纤通信领域，晶体材料可用于制造光波导等关键器件。
光学仪器制造
激光技术
通信技术
早在文艺复兴时期，科学家们就开始研究晶体的光学性质。
19世纪，费迪南德·布律内尔的研究为晶体光学的发展奠定了基础。
加强与其他学科领域的交叉融合，推动晶体光学在新型材料、光子器件、光电子学等领域的应用研究，促进相关领域的发展。
加强国际合作与交流，引进国外先进的理论和技术，提高我国晶体光学研究的整体水平。
谢谢您的聆听
THANKS
光学通信技术是现代通信领域的重要发展方向，而晶体光学在其中扮演着重要的角色。例如，利用晶体光学的原理可以实现光信号的调制、解调、滤波等功能，提高通信系统的传输速度和稳定性。
晶体光学理论为光学通信技术的发展提供了重要的理论支持，促进了通信技术的不断创新和进步。
生物医学成像技术是医学领域的重要应用，如常见的X射线、CT、MRI等技术，都需要利用晶体光学原理来实现图像的获取和解析。
晶体光学理论在生物医学成像技术的发展中发挥了重要作用，为医学诊断和治疗提供了更加准确和可靠的工具。
晶体光学的研究进展与未来展望

《晶体光学》课件

《晶体光学》课件

晶体光学的基本原理
光的波动理论
光在晶体中传播时，由于晶体的特殊 结构，光的电场和磁场分量会受到不 同的影响，从而产生折射、反射、衍 射等现象。
光的量子理论
光与物质相互作用时，光子与晶体中 的电子相互作用，产生光电效应、光 磁效应等量子现象。
晶体光学的应用领域
光学仪器设计
激光技术
晶体光学原理被广泛应用于各种光学仪器 和设备的设计与制造，如眼镜、望远镜、 显微镜等。
《晶体光学》课件
目录
• 晶体光学概述 • 晶体光学基础知识 • 晶体光学现象 • 晶体光学实验技术 • 晶体光学发展前沿与展望
01
晶体光学概述
晶体光学的定义与重要性
01
晶体光学是一门研究晶体对光的 传播、折射、反射、衍射等特性 的学科，是光学领域的重要分支 。
02
晶体光学在科技、工业、医学等 领域具有广泛的应用，对于推动 科学技术进步和人类社会的发展 具有重要意义。
新型晶体材料在光学器件、激光器、传感器等领域有着广泛的应用，如利用拓 扑晶体制作新型光子器件，提高光子操控能力；利用钙钛矿晶体制作高效太阳 能电池，实现清洁能源的高效转化。
晶体光学与其他领域的交叉研究
晶体光学与量子信息
量子信息领域的发展为晶体光学提供 了新的研究思路和方法，如利用量子 纠缠和量子干涉等量子效应，实现更 高效的光子操控和信息传输。
光学显微镜
用于观察晶体光学现象和特征 ，是晶体光学实验的基本设备
。
偏光棱镜
用于产生偏振光，是晶体光学 实验中常用的光学元件。
干涉显微镜
用于观察干涉现象和测量晶体 光率体，是研究晶体光学性质
的重要工具。
其他附件
如光源、快门、滤色片等，用 于调节和控制实验中的光线。

(物理光学)第十五章 光的偏振和晶体光学基础-3

(物理光学)第十五章 光的偏振和晶体光学基础-3

n e d 1 直且顶角均为30度的直角方解石 棱镜胶合成渥拉斯顿棱镜，当一束自然光垂直入射 时，求从棱镜出射的o光和e光的夹角。
f
n o 1 . 65836 , n e 1 . 48641

f
线偏振光通过半波片后光矢量的转动
快（慢）轴


入射时 Entrance
出射时 (Exit)
线偏振光通过半波片后光矢量的转动
3、全波片(Full-wave plate)
n o n e d m , 对应的 2 m
称该晶片为全波片。 性质：
1）不改变入射光的偏振状态；
A
A
A
A
a)
光轴垂直于入射面
b ) 光轴平行于入射面
（二）偏振分束棱镜
1. 渥拉斯顿棱镜（Wollaston prism）：
利用两个正交的光轴分解光。材料：冰洲石。
no ne
f
制作 原理 思考
f arcsin
f
n 0
n e tg

2.洛匈棱镜（Rochon prism）
原理
光轴
90
。
。 Canada balsam
68 71
。
77
。 尼科耳棱镜（W.Nicol）
2. 格兰－汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜
光垂直于棱镜端面入射时
A

A
A＝ 光 轴
当入射光束不是平行光或平行光非正入射时
i

A
i' A＝ 光 轴
A
孔径角的限制
3. 格兰－付科棱镜（Glan-foucault prism）
2）只能增大光程差。

晶体光学基础

晶体光学基础

当入射线垂直Z轴或斜交Z轴时，光率体 的切面是分别以Ne，No或Ne’，No为主 轴的椭圆切面。 综合光波平行Z轴时的切面为圆切面考虑， 显然，一轴晶光率体是一个以Z轴为旋转 轴的旋转椭球体。这个按光波振动方向 相对应的折射率值作出的旋转椭球体就 是石英的光率体。对于一轴晶的矿物来 说，它们的光率体形态均为旋转椭球体。 所不同的仅是有正光性与负光性之分。


Tan V =
=
（+）
（-）
五种切面
方位 ⊥OA的切面 ∥AP 的切面 ⊥Bxa的切面 ⊥Bxo的切面 任意切面 形态 二个圆 一个椭圆 一个椭圆 一个椭圆 无数个椭圆 主轴 Nm NgNp NmNp(+) NmNg(-) NmNg(+) NmNp(-) 双折射率 △=0仅有折射 △最大 △较小 △较大
三个主轴面NgNm; NmNp; NgNp
光轴面(AP),光轴角(2V),锐角等分线 (Bxa),钝角等分线 (Bxo) Ng-Nm>Nm-Np (+) Ng-Nm<Nm-Np (-)

当非常光Ne>常光No时，为正光性（一 轴晶正光性光率体，相应的矿物称一轴 晶正光性矿物），光率体形态为长形旋 转椭球体。 如石英光率体，Ne=1.553，No=1.544， Ne>No。所以石英的光率体是一轴晶正 光性光率体。石英称为一轴晶正光性矿 物，它的光率体形态为 Ne轴较长的长形 旋转椭球体。
晶体光学与结晶矿物学
邵磊
晶 体 光 学 基 础
光的性质 电磁波 390 ~770mu
光波波长单位

毫微米(m)或埃(Å)来表示

1毫微米(m) = 10 (Å) = 10-7(cm)

第1章 晶体光学基础


教学内容

晶体光学基础 (约2学时)
光率体和光性方位(约4学时) 单偏光镜下的晶体光学性质(约4学时) 正交偏光镜下的晶体光学性质 (约4学时) 锥光镜下的晶体光学性质 (约3学时)


透明矿物的系统鉴定(约1学时)
10次理论课(20学时)+10次实验课(20学时)
考核标准：理论70%，实验及课堂表现占30%。
若i = , r=90 °
NB sin =NA sin 90 °= NA
所以：
sin ＝ NA ／NB 若A为空气， NA =1.0003
sin ＝ 1 ／NB
则任何一个已经N的物质,均可以求出

i = , r=90 i> , 全反射
入射光 折射光 法线
G emst one
临界角
非均质体中的双折射现象
当一束自然光入射到非均质体上时，折射光分为 两束传播方向不同且相互垂直、速度不等的偏振 光，这种现象称为双折射现象。
所有的非均质矿物都能够将所通过的光分解成两 个彼此垂直并以不同速度传播的面偏光 快光 慢光
矿物颗粒
当光被分裂: -速度会变化 -光会产生弯曲 (折射) -2 个新的振动方向 -通常可以看到新的颜 色
折射与折射率
当光通过矿物发生折射时，我们不直接测量其速 度，而是代之以测量一个与光速有关的参数—— 折射率（n）。
在空气中的传播速度 n= 在矿物中的传播速度
Snell 定律：
Va/Vm=nm/na=sini/sinr
n=Va/Vm=常数/Vm
a=空气， m=矿物，i=入射角，r=折射角
入射线
i
面偏光
W
E
下偏光镜

(1)晶体光学基础


⊥OA切面
∥AP切面
⊥Bxa（+）切面
⊥Bxa（—）切面
Ng Nm Nm Np
Nm
Np
Nm Ng
OA
Ng
OA
OA
Ng
OA
OA
Ng=Bxa
OA
Np=Bxa
OA OA
Nm
Np Nm
Np Nm
Np Nm
Ng
⊥Bxo（+）切面
⊥Bxo（—）切面
半任意切面
任意斜交（+）
Ng
Np
Ng`
Ng`
Nm
Nm
Nm
Np`
二. 光率体的概念 表示光波在晶体中传播时, 折射率值随光波振动 方向变化的一种立体几何图形或一种光性指示体. 作法: 是设想自晶体中心起，沿光波振动方向按 比例截取相应的折射率值 ，再把各个线段的端点 连接起来便构成了光率体.
第三节
光 率 体
三.均质体光率体
传播速度不因振动 方向不同而发生改 变, 即折射率值各 方向相等.
而改变. 即非均质体的折射率值有许多个.
光波进入光性非均质体后的特点及有关术语(下页)
第二节 光在晶体中的传播特性
双折射
光波射入非均质体，除特殊方向外，都要分 解为振动方向互相垂直，传播速度不同，折 射率不等的两种偏光，此种现象称为双折射. 双折射是非均质介质的普遍特征.
C
光通过非均质体分解成二束偏光示意图
光率体是一个球体， 球体的半径代表该 晶体的折射率.
第三节
光 率 体
四. 一轴晶光率体
(一).推导
A.光波沿 C 轴方向射 入晶体,得到一个 半径为No的圆切面 . B.光波垂直 C 轴射 入晶体, 得到一个包 含Z轴且半径分别为 Ne和No的椭圆切面 C.联系上面两个切面 . 特征可以得到一轴 晶光率体的构成.

晶体的常识(教案)

晶体的常识(全套教案)教案章节：第一章至第五章第一章：引言教学目标：1. 了解晶体的定义和特点。

2. 掌握晶体的基本性质。

3. 理解晶体在自然界和人类生活中的应用。

教学内容：1. 晶体的定义和特点2. 晶体的基本性质3. 晶体的应用领域教学活动：1. 引导学生通过观察和描述晶体的图片，初步了解晶体的外观特点。

2. 组织学生进行小组讨论，探讨晶体的性质，如硬度、透明度、结晶形状等。

3. 邀请相关领域的专家进行讲座，介绍晶体在科技、医疗、化妆品等领域的应用。

作业与评估：1. 要求学生完成一篇关于晶体应用领域的研究报告。

2. 组织学生进行晶体展示，评估他们对晶体知识的掌握程度。

第二章：晶体的类型教学目标：1. 掌握不同类型晶体的结构特点。

2. 了解晶体类型的分类方法。

3. 熟悉常见晶体的类型和应用。

教学内容：1. 晶体类型的分类方法2. 不同类型晶体的结构特点3. 常见晶体的类型和应用教学活动：1. 组织学生进行小组讨论，了解晶体类型的分类方法。

2. 通过图片和实物展示，引导学生观察和描述不同类型晶体的结构特点。

3. 邀请相关领域的专家进行讲座，介绍常见晶体的类型和应用。

作业与评估：1. 要求学生完成一篇关于晶体类型的研究报告。

2. 组织学生进行晶体类型展示，评估他们对晶体类型知识的掌握程度。

第三章：晶体的生长与形成教学目标：1. 了解晶体生长与形成的过程。

2. 掌握晶体生长的基本原理。

3. 熟悉影响晶体生长的因素。

教学内容：1. 晶体生长与形成的过程2. 晶体生长的基本原理3. 影响晶体生长的因素教学活动：1. 引导学生通过观察和描述晶体生长过程的图片，了解晶体生长与形成的过程。

2. 组织学生进行小组实验，探究晶体生长的基本原理。

3. 邀请相关领域的专家进行讲座，介绍影响晶体生长的因素。

作业与评估：1. 要求学生完成一篇关于晶体生长与形成的实验报告。

2. 组织学生进行晶体生长与形成的展示，评估他们对晶体生长与形成知识的掌握程度。

01晶体光学基础(全)


光波在非均质体中传播时，决定光波传播速度 及相应折射率值大小的是光波在晶体中的振动方向 而不是传播方向。 根据电磁波理论，组成物质的原子或离子受电 磁波扰动将极化成偶极子，可见光波在物质中的传 播，主要是通过偶极子的感应振动进行的。在晶体 中，使振动偶极子回复到平衡位置的回复力强度控 制光波的传播速度。也就是说，光波在晶体中的传 播速度，随振动偶极子回复力的增强而加大。偶极 子的振动及其回复力是横切光波传动方向的(即平行 光波振动方向)。因此，光波在非均质体中的传播速 度取决于光波的振动方向，即光波在晶体中传播时， 其传播速度及相应折射率值，随光波在晶体中的振 动方向不同而不同。
一、 光的波动性 物理学的实验证明光是一种电磁波。电磁波是电磁 振动在空间的传播过程。电磁振动方向垂直其传播方 向，即电磁波是横波，光波是横波。 整个电磁波是一个广阔的区段。它包括波长较长 的无线电波，直至波长最短的r射线。将各种波长的电 磁波按其波长顺序排列，构成电磁波谱。 从电磁波谱中可看出，可见光波仅仅是电磁波谱 中很窄的一个小区段，其波长范围大致为 390 —770nm 。 可见光波中频率不同的光波虽现不同的颜色。波长由 长至短，相应的颜色依序为红、橙、黄、绿、蓝、青、 紫色。 通常所见的“白光”，是各种单色光波按一定比 例组成的混合光波。
在偏光显微镜下鉴定透明 矿物时，所遇到的都是矿物晶 体不同方向的切面 ( 即不同方 向的光率体切面。一轴晶光率 体的主要切面有下列三种： 1、垂直光轴的切面
此切面为圆切面，其半径 等于No光波垂直这种切面入射 时(即沿光轴入射)，不发生双 折射，基本不改变入射光波的 振动特点和振动方向，相应的 折射率值等于No，双折率等于 零。通过一轴晶光率体中心只 有一个这样的圆切面。
地质学专业基础课
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两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻
常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称
为非寻常光（e光）。 说明：1〕o光和e光与晶体密不可分
2〕折射定律的含义
折射定律有两个含义：
A. 折射角的关系，B. 入射光线和折射光线与法线同在一个平面。
二、晶体特性 方解石晶体（Calcite--CaCO3） 顿隅
§15－2 光在晶体中的传播
一、晶体(Crystal)的双折射(Birefringence)现象
1. 双折射现象
光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互 垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射 光，这种现象称为双折射 (Double Refraction)。
2. 寻常光（Ordinary light, o光）和非寻常光 （ Extraordinary light ,e光）
主截面(Principal section)： 光轴和晶体表面法线 (Normal line)组成。 n
n
当入射光在主截面内时，o光e光主平面均为主截面。 光线在一般情况下入射晶体， o光和e光是不同面的。
3．晶体的分类（Types of crystal）： • 各向同性晶体（Isotropic crystal）：不产生双折 射现象。如：NaCl • 双折射晶体（Anisotropic crystal）：
单轴晶体（Uniaxial）：只有一个光轴方向的 晶体。如：方解石(Calcite)、石英 (Quartz)。
双轴晶体（Biaxial）：有两个光轴方向的晶体。 如：云母(Mica)等。
4．单轴晶体中波的传播： z (光轴)
y x
晶体中的波面
5．正负晶体： Vo Ve时为正晶体(Positive crystal)； 为负晶体(Negative crystal)。
1、光轴(Optical axis)：
在双折射晶体中存在一个特殊的 方向，当光束在这 个方向传播时不发生双折射，此方向称为晶体 的光轴。 在光轴方向上，o 光和 e 光都遵守折射定律。而且： no=ne
2、主平面(Principal plane)和主截面(Principal section)：
主平面：光线和光轴所组成的平面。 o光主平面：o光和晶体光轴组成的面为o主平面。 o光振动方向垂直于o主平面。 e光主平面：e光和晶体光轴组成的面为e主平面。 e光振动方向平行于e主平面。
图2-b）、光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象 （光轴垂直于入射面）
ห้องสมุดไป่ตู้
光轴
optical axis
O E
AA
AA
O’
oe
图1-b-1)
o e
E’
光线垂直入射时的双折射现象 (晶体表面平行于光轴)
入射光(Incident ray) 光轴
optical axis
AA
AA
O’
O
E
o e
o
e
图1-b-2） 光线垂直入射时的双折射现象
(晶体表面平行于光轴)
图2-a） 光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象 （光轴在入射面内）
入射光(Incident ray)
AA
O 光轴
AA
O’
optical axis
E
o e
图1
光线垂直入射时的双折射现象
o e
E’
入射光(Incident ray)
AA
光轴
AA
O’ E’
optical axis O
E
oe
图1-a)
o e
光线垂直入射时的双折射现象
(晶体表面垂直于光轴)
入射光(Incident ray)
o光 e光 光轴
Vo Ve时
e光
o光
Optical axis
正晶体：no ne，e光波面（椭球面）在o光波面（球面）之内。 负晶体：no ne，o光波面（球面）在e光波面（椭球面）之内。
三、用惠更斯原理解释双折射现象 图1、光线垂直入射时的双折射现象 a)晶体表面垂直于光轴 b)晶体表面平行于光轴 图2、光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象 a) 光轴在入射面内 b) 光轴垂直于入射面