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1、晶體光學(xué)性質(zhì)的觀測分析實驗人：李潔蕓中山大學(xué)實驗報告：晶體光學(xué)性質(zhì)的觀測分析理工學(xué)院光學(xué)工程系05級光信2班05323057號參加人實驗人：李潔蕓日期：2007.10.15.溫度：氣壓：[引言]在晶體中，除立方晶系晶體外，都表現(xiàn)出光學(xué)各向異性（雙折射現(xiàn)象）。當(dāng)光經(jīng)過各向異性晶體時，光的性質(zhì)會隨著晶體的取向不同而發(fā)生改變，并表現(xiàn)出各種有趣的光學(xué)現(xiàn)象．利用晶體的各向異性，可以制成光學(xué)偏振器，應(yīng)用分析器，電光調(diào)制器等．觀測和研究晶體的光學(xué)性質(zhì)，對我們充分認識晶體的光學(xué)性質(zhì)有十分重要的意義。[實驗?zāi)康腯1.熟悉單軸
2、晶體光學(xué)性質(zhì)，晶體的消光現(xiàn)象，干涉色級序；2.了解偏光顯微鏡原理并掌握其使用方法；3.觀察晶體的類別，軸向和光性正負等過程，估計晶片的光程差[實驗儀器]透射偏光顯微種類很多，但基本原理都大同小異。圖11為本實驗所用的XP-201型透射偏光顯微鏡的構(gòu)造圖，主要結(jié)構(gòu)包括：1.光源：鹵素?zé)?2V/20W,亮度可調(diào)節(jié)。2．起偏鏡：用于產(chǎn)生偏振光，可轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)方向。3．聚光鏡：位于物臺下面，有一組透鏡組成，可以把來自下偏光鏡的平行光聚斂成錐形偏光，聚光鏡連有手柄，可根據(jù)需要旋入或旋出光路。4．旋轉(zhuǎn)載物臺：用于放置觀察樣
3、品，可360度旋轉(zhuǎn)。5．物鏡：由四個放大倍數(shù)分別我為4x,10x,40x,60x的物鏡，物鏡的前鏡片與樣品之間的距離稱為工作距離，圖11XP-201型透射偏光顯微鏡物鏡的工作距離隨著放大倍數(shù)的增加而減小，所以用高倍物鏡時要特別小心，應(yīng)先將物鏡調(diào)至最低，然后逐步升高對焦。中山大學(xué).物理學(xué)實驗晶體光學(xué)性質(zhì)的觀測分析實驗人：李潔蕓6．補償器插口：補償器插口用于插入各種補償器，通常儀器帶有，及石英楔子等補償器。7．檢偏鏡：擺動式，可移出光路，進行單偏光觀察。8．勃氏鏡：位于目鏡與上偏光鏡之間，為一小凸透鏡，與目鏡聯(lián)
4、合組成一望遠鏡，勃氏鏡可左右移動，分別移入、移出光路。9．目鏡：目鏡中裝有十字絲和刻度尺。[實驗基本原理]（一）晶體的雙折射和光率體折射率與光的傳播方向和光矢振動方向有關(guān)的晶體稱為各向異性晶體。除立方晶系的晶體外，所有的晶體都是各向異性晶體。當(dāng)光通過各向異性晶體時，會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，并表現(xiàn)出偏振性質(zhì)。當(dāng)光沿各向異性晶體傳播時，總存在一個或兩個方向不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，此方向稱為晶體的光軸，按晶體的光軸分，各向異性晶體又可分為單軸晶和雙軸晶，單軸晶只有一個光軸；而雙軸晶則有兩個光軸。其中，折射率不隨入射光方向而變
5、的稱為尋常光或o光（折射率為no），折射率隨入射光方向而變的稱為非尋常光或e光（折射率為ne）。o光和e光都是偏振光，并且它們的振動方向互相垂直。o光的振動方向垂直于包含光軸和o光波法線所組成的平面，e光的振動方向則平行于包含光軸和e光波法線所組成的平面。折射率橢球（或光率體）是描述晶體光學(xué)性質(zhì)最常用的晶體光學(xué)示性曲面，它是以主折射率為主值的橢球。在主軸坐標(biāo)系，折射率橢球可以表示為:（1）1.立方晶系（高級晶族）（2）2．單軸晶（中級晶族）圖1立方體系晶體光率體（3）（a）正單軸晶（b）負單軸晶圖2單軸晶光
6、率體圖圖3單軸晶光率體的三種中心截面中山大學(xué).物理學(xué)實驗晶體光學(xué)性質(zhì)的觀測分析實驗人：李潔蕓單軸晶光率體的光軸（），必須與晶體中的主對稱軸（唯一的高次軸）一致。的單軸晶稱為正光性單軸晶，它的光率體是沿光軸方向拉長了的旋轉(zhuǎn)橢球（圖2（a）），的單軸晶稱為負光性單軸晶，它的光率體是沿光軸方向壓扁了的旋轉(zhuǎn)橢球（圖2（b））。由于光速v=c/n，折射率越大，其光速越慢，所以在晶體中，折射率最大的方向成為晶體慢軸方向，而折射率最小的方向成為晶體快軸方向。圖3給出了單軸晶光率體中三種中心截面。圓截面：垂直光軸的圓，半徑
7、為。主截面：包含光軸的橢圓截面，它的一個半徑為，與光軸垂直，另一個半徑為，與光軸平行。由圖可見：o光的振動方向必垂直于主截面，e光的振動方向則平行于主截面。任意截面：是一個橢圓，截面法線N與光軸成θ角。3．雙軸晶（低級晶族）（4）在低級晶族光率體中，可以找到兩個圓截面，即存在兩個光軸。雙軸晶的光學(xué)性質(zhì)比較復(fù)雜，這里不作詳細討論，以下分析討論都是單軸晶情況。（二）正交偏光干涉在偏光顯微鏡中，當(dāng)上下偏光鏡的振動面互相垂直時，稱為正交偏光鏡。如在正交偏光鏡間不放任和介質(zhì)或放入各相同晶體時，光線無法通過正交偏光鏡，
8、所以視閾是黑暗的；當(dāng)在正交偏光鏡間放入各相異晶體時，由于晶體雙折射效應(yīng)和晶片厚度、晶軸取向的不同而產(chǎn)生不同的干涉現(xiàn)象。圖4 正交偏光鏡間的干涉現(xiàn)象如圖4，在正交偏光鏡中加入一晶片，其中ＰＰ表示起偏鏡的振動方向，ＡＡ表示檢偏鏡的振動方向，ＯＯ表示晶片光軸方向。透過起偏鏡的偏振光振幅為，光線到達厚度為的晶片后，分解成振幅分別為和的光和光： 再經(jīng)過檢偏鏡后，光和光振幅分別變?yōu)椋褐猩酱髮W(xué).物理學(xué)實驗晶體光學(xué)性質(zhì)的觀測
