光的偏振与晶体中的o光和e光传播

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@小白创作中心

光的偏振与晶体中的o光和e光传播

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https://m.renrendoc.com/paper/378487856.html

本文主要介绍了光在单轴晶体中的传播特性，包括o光和e光的传播速度、波面形状以及它们在晶体中的传播方向。通过惠更斯原理，我们可以对光在晶体中的双折射现象作出全面的解释。

5.4 光在单轴晶体中的波面

为什么各向异性的晶体会发生双折射？光的电磁理论可对光在晶体中的双折射现象作出全面的解释。但早在光的电磁理论诞生之前，惠更斯于1690年在他的《论光》（共22卷）一书中对单轴晶体内的双折射现象就给出了解释。

惠更斯假设在晶体中从一个发光点发出的o光的波面是球面；e光的波面是旋转椭球面。

惠更斯的这个假设，虽然没有深入到光与物质相互作用的本质，而且缺乏理论上的严格性，但可对双折射现象作出初步说明，其结果与电磁理论及实验事实是相符合的，并具有简单、直观的优点。在此我们介绍惠更斯的方法。

根据惠更斯原理，在各向同性介质中，一子波源发出的光波沿各方向传播的速度均为υ＝c/n，是和光的传播方向、光矢量振动方向无关的常数。经
t后，形成的波面是一个半径为υ
t的球面。因此在各向同性介质中光波的波面是球面。

在各向异性的晶体内，传播速度既和振动方向(指o，e)有关，又和传播方向(是否沿光轴)有关。

实验表明，o光的振动方向总是与光轴垂直，且遵守折射定律，折射率是常数。

o光的子波面所以o光的速度与传播方向无关，o光的次波波面与各向同性介质中的波面一样是球面。

o光的光矢量垂直于o光的主平面，半径为υot
e光的子波面

对e光，其光振动在包含光轴的平面内，振动方向与光轴的夹角随传播方向而改变，e光不遵守折射定律，其折射率也不是一个常数，所以e光的传播速度随方向而变化。可见e光的波面不是球面。惠更斯设想，它是环绕光轴的旋转椭球面，实际也是如此。e光沿各个方向传播速度不同。沿光轴方向的传播速度与o光一样也是υo；垂直于光轴方向的速度是υe。e光的光矢量平行于e光的主平面。e光沿沿光轴方向的折射率与o光一样也是；垂直于光轴方向的折射率是。

由此可见，晶体的光轴具有特别重要的地位，o光和e光的传播速度之所以不同，以及e光的速度之所以随方向而变，正是由于它们的振动方向相对于光轴方向的取向不同所致。

光沿光轴方向传播时，e光的振动方向和o光的振动方向都与光轴垂直，因而e光具有与o光相同的传播速度
v0。

当光垂直于光轴方向传播时，e光的振动方向与光轴平行，在该方向上，e光的传播速度为
e，o光仍为
0
。此时，
e与
0相差最大。

当光的振动方向与光轴成一定角度时，则e光的速度介于
o和
e之间。o光和e光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方向上，两波面相距最远。在垂直于光轴的方向上：正晶体和负晶体若：
e＜
o(或ne＞no)，e光的波面在o光波面内，称为正晶体，如石英、冰等。vo
t
ve
t
光轴
负晶体
(vo<ve)
子波源
子波源
vo
t
ve
t
光轴
正晶体
(vo>ve)
正晶体是球面包椭球面。若：
e＞
o（或ne＜no
），e光的波面在o光波面外，称为负晶体，如如方解石、红宝石等。负晶体是椭球面包球面。