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晶体的光学各向异性.ppt

发布:2017-06-15约字共40页下载文档
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* 第5章 光在各向异性介质中的传输特性(Transmission characteristics of light in anisotropy dielectric) 前面几章我们由光的电磁理论出发,讨论了光在各向同性介质中的传播规律。现在,仍然从光的电磁理论出发,讨论光在各向异性介质中的传播规律。 光在晶体中与光在各向同性介质中传播特性的主要差别是,光在晶体中不同方向传播时,其光学性质不同,能够产生双折射、双反射和偏振效应。 方解石晶体 第5章 光在各向异性介质中的传输特性(Transmission characteristics of light in anisotropy dielectric) 光在晶体界面上折射、反射时,一般将产生两束折射光、反射光,而且它们是偏振方向互相垂直的线偏振光。 第5章 光在各向异性介质中的传输特性(Transmission characteristics of light in anisotropy dielectric) o 光和 e 光在晶体中具有不同的传播速度。o光在晶体中各方向的传播速度都相同;e 光在晶体中的传播速度随方向而改变。 第5章 光在各向异性介质中的传输特性(Transmission characteristics of light in anisotropy dielectric) o 光遵从折射定律: e 光一般不遵从折射定律: e 光折射线也不一定在入射面内。 第5章 光在各向异性介质中的传输特性(Transmission characteristics of light in anisotropy dielectric) 5.1 晶体的光学各向异性 (Optical anisotropy in crystals) 晶体结构表现出一定的空间周期性和对称性。这种结构特点导致了晶体宏观性质的各向异性。 氯 钠 在晶体中,描述光学特性的参量与方向有关,因方向而异,它们是一些张量。 5.1 晶体的光学各向异性 (Optical anisotropy in crystals) 5.1.1 张量的基础知识 (basic knowledge of tensor) 1. 张量的概念 张量是使一个矢量与一个或多个其它矢量相关联的量。例如,矢量 p 与矢量 q 有关则其一般关系应为 式中, 是关联 p 和 q 的二阶张量。 在直角坐标系 O-x1x2x3 中,上式可表示为矩阵形式 1. 张量的概念 式中,三个矩阵分别表示矢量 p、二阶张量 和矢量 q。 二阶张量有九个分量,每个分量都与一对坐标相关。(1)式的分量表示式为 其一般分量形式为 1. 张量的概念 按照爱因斯坦求和规则:若在同一项中下标重复两次,则可自动地按该下标求和,将上式简化为 1. 张量的概念 如果 是张量,则 p 矢量的某坐标分量不仅与 q 矢量的同一坐标分量有关,还与其另外两个分量有关。 1. 张量的概念 矢量 p 与两个矢量 u 和 v 相关,其一般关系式为 分量表示式为 式中, 为三阶张量,包含 27 个分量。 1. 张量的概念 其矩阵形式为 1. 张量的概念 一个标量可以看作是一个零阶张量,一个矢量可以看作是一个一阶张量。标量无下标,矢量有一个下标,二阶张量有两个下标,三阶张量有三个下标。 1. 张量的概念 2. 张量的变换 假若在原坐标系 O-x1x2x3 中,某张量表示式为 [Tij],在新坐标系 O-x1?x2?x3? 中,该张量的表示式为[T?ij]. 2. 张量的变换 则当原坐标系 O-x1x2x3 与新坐标系 O-x1?x2?x3?的坐标变换矩阵为 [aij] 时,[Tij] 与 [T?ij] 的关系为 2. 张量的变换 其分量表示形式为 这就是张量变换定律。如果用张量的新坐标分量表示原坐标分量,可通过逆变换得到 2. 张量的变换 其分量变换公式为 如果考虑的是矢量,则新坐标系中的矢量表示式 A? 与原坐标系中的表示式 A 间的矩阵变换关系为 3. 对称张量 一个二阶张量 [Tij],如果有 Tij=Tji,称为对称张量,它只有六个独立分量。 3. 对称张量 与任何二次曲面一样,二阶对称张量存在着一个主轴坐标系。 3. 对称张量 二次曲面: 若曲面 S 在直角坐标系下的方程是关 于 x, y, z 的三元二次方程,则称曲面 S 是二次曲 面。 主轴坐标系:坐标轴选择得和椭球的主轴方向一致的坐标系称为主轴坐标系。 3. 对称张量 在主轴坐标系中,张量只有三个对角分量非零,为对角化张量。 3. 对称张量 于是,当坐标系进行主轴变换时,二阶对称张量即可对角化。例如,某一对称张量 经上述主轴
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