晶体光学第1章 晶体光学基础

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1、晶体光学与岩石学学时：96学时地科系讲授人：任志扬第一章晶体光学基础第一节光的性质第二节自然光和偏光第三节几何光学的三大定律第四节光波在均质体与非均质体中的传播特征第一节光的性质光和无线电波一样都是电磁波，电磁波是电磁振动（变化的电磁场）在空间的传播它在真空的传播速度均为Ｃ＝310８m/s(每秒30万千米)电磁波的振动方向与传播方向互相垂直，即电磁波是横波，故光波亦是横波．一、光是电磁波据其波长全部范围:1015-10-5nm按波长大小，划分为:无线电波红外线可见光紫外线X射线射线,等二.电磁波波谱能量增大频

2、率增大光谱能用三种方式表示：频率(Hz)波长(nm)能量(eV)可见光是电磁波谱中很窄的一段，它是正常人的眼睛能见到的一段电磁波．它的波长范围大致为390－770nm单色光是特定波长的光波长增大颜色波长范围代表波长（标准色）紫390-430410靛430-460445蓝460-500480绿500-570550黄570-590580橙590-650620红650-770700波长单位通常用纳米(nm)或埃(Å)表示，一纳米是一米的十亿分之一,是一根头发直径的大约八万分之一，常用长度单位的换算关系为：1nm(纳米)

3、=1mμ(毫微米)=10-3μm(微米)=10-6mm(毫米)=10-7cm(厘米)=10Å(埃)三、波长的换算第二节自然光和偏光一.自然光二.偏光截面为圆，半径为振幅指直接由太阳或实际光源发出的、在垂直于光波传播方向的平面内作任意方向等振幅振动的光一、自然光：二.偏光1、偏光自然光经过反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可以转变为只在一个方向上振动的光波，称为偏振光或偏光。2、振动面偏光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动面。自然光转变为偏光的作用称之为偏光化作用3、偏光化作用第三节光的反射与折射一、光的

4、直线传播二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律四、临界角五、折射率与临界角的关系一、光的直线传播光在同一种物质中传播的路线是呈直线的，称为光的直线传播定律(如阳光照进房里、夜间手电筒的亮光传播)第三节光的反射与折射一、光的直线传播二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律四、临界角五、折射率与临界角的关系二、光的反射及反射定律反射(Reflection)：光从一种介质射入另一种介质时，在光滑界面上，如果部分光仍回到原来的介质中，这种现象称为光的反射。反射定律反射光线位于入射光线与界面的法线所决定的平面内;

5、入射线和反射线分别位于法线的两侧；3.反射角与入射角相等。第三节光的反射与折射一、光的直线传播二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律四、临界角五、折射率与临界角的关系三、光的折射及折射定律1、定义：光线从一种介质进入另一种介质，在界面处传播方向便会发生改变，即入射光线和进入另一种介质的光线不在一直线上，这种现象称为光的折射(Refraction).法线－－入射角－i折射角－r1)折射线处于入射线与法线构成的平面内；2)入射线与折射线分别位于法线两侧,若光疏光密,i>r,反之光密光疏,i

6、到另一种介质时，在两种介质的分界面上将发生反射及折射现象。折射定律（Snell’sLaw）：Nisini=NrsinrN=Nr/Ni=sini/sinr=Vi/VrN称为第二介质（折射介质）对第一介质（入射介质）的相对折射率。2、折射定律3、折射率(也称折光率）Indexofrefraction1)相对折射率N=Vi/Vr2)绝对折射率(折射率)N=C/Vr3)N=sini/sinr综合1),2),3)及折射定律Nisini=Nrsinr可得出N=Nr/Ni=sini/sinr=Vi/Vr第三节光的反射与

7、折射一、光的直线传播二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律四、临界角五、折射率与临界角的关系四、临界角当光线由B射入A，如果入射角增至一定角度，使折射角等于90°，这个入射角称为全反射(Totalreflection)临界角，简称临界角；入射角大于全反射临界角的所有入射线均发生全反射。i=,r=90i>,全反射第三节光的反射与折射一、光的直线传播二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律四、临界角五、折射率与临界角的关系五、折射率与临界角的关系NBsini=NAsinr若i=,r=90NBsin

8、=NAsin90=NA所以：sin＝NA／NB若A为空气，NA=1.00029sin＝1／NB(临界角与折射率成反比)则任何一个已经N的物质,均可以求出,折射率对宝石来说是一个常数,因此临界角也是一个常数,是无法改变的,唯一能改变的是光线从宝石内进入空气前的入射角.若琢型设计能尽可能使光线的入射角大于临界角,则光线就只在宝石内发生全反射,好的琢型可以使大部分的光