双折射原理及应用 双折射（）是光束入射到各向异性晶体上，分解成两束光，向不同方向折射的现象。 它们是线性偏振，振动方向彼此垂直。 当光进入各向异性晶体（如橄榄石晶体）时，可以观察到两束折射光，这种现象称为光的双折射。 两束折射光线中的一束始终遵循折射定律。 这种折射光称为普通光，一般用o表示，简称。 晶体显然有一个特殊的方向，光沿这个方向传播时不会形成双折射，即o射线和费顿重合，并且在这个方向上，o射线和e折射率相等，且光的传播速度相等。 这个特定的方向称为晶体的光轴。 “光轴”并不是指一条直线，而是指出它的“方向”。 某种光线在晶体中与晶体光轴所形成的平面称为该光线的主平面。 o光的主平面，e振动在费顿的主平面中。 如何解释双折射？ 惠更斯有这样的解释。 1、一束普通光（o极光（费顿）进入橄榄石晶体（氯化钙的天然晶体）后，分裂成两束光能，向不同方向折射。这种现象称为双折射，这是由于受晶体各向异性的影响，除了立方晶体（如盐矿）外，当光线进入普通晶体时，会形成双折射现象，实际上晶体越厚，发出的光束就越分裂，当改变入射角时i 不符合折射定律 2、光轴和主平面 当改变入射光的方向时，我们会发现在橄榄石这种晶体内部有一个确定的方向，当光沿着这个方向传播时，普通光和特殊光不再分离，不形成双折现象，这个方向称为晶体的光轴。
天然橄榄石晶体是有八个顶点的六面体棱柱体，其中有两个特殊的顶点A、D，A、D相交的棱边之间的倾角为102个钝角。 它的光轴方向可以这样确定，从三个钝角相交的任意顶点（A或D）画一条直线，使其与晶体的每条相邻边形成相等的角度，这条线仍然是光轴方向轴方向。 事实上光折射的原理规律，晶体中任何平行于光轴方向的直线都是光轴。 只有一个光轴方向的晶体称为单轴晶体（如长石、石英等）。 有些晶体有两个光轴方向，称为双轴晶体（如云母、硫磺等）。 在晶体中，我们将光轴与任意已知光线组成的平面称为晶体中光线的主平面，即o面； 费顿与光轴构成的平面是费顿的主平面。 下面用离子来说明。 拿一块冰岛石（长石的一种），把它的物理成分放在一张有字的纸上，我们会看到一个重影。通常我们在写字纸上放一块厚玻璃砖，我们只看到一个图像这个图像看起来比实际物体漂浮得高一点，这是光的折射造成的，折射率越大，漂浮图像的高度就越大，我们可以看到两个图像的漂浮高度冰岛石中的不同，这说明光在这些晶体中变成了两束光，它们的折射程度不同，这些现象称为双折射。如右图所示，设一束相等的自然光为入射到其中一颗冰岛石晶体的表面上，我们都感觉到光束分裂成两半。
根据光的折射定律，法线入射线不应发生偏转。 上述两束折射光中的一束确实在晶体中沿着原来的方向传播，但另一束却偏离了原来的方向。 前者似乎遵循普通折射定理。 如果我们进一步研究各种入射方向，结果表明晶体中的两条折射线之一总是符合普通折射定理，而另一条则常常违反它。 因此，晶体中的第一条折射线称为普通光（简称o），后面的折射线称为极光（简称异常）。 需要注意的是，这里所谓的o光和仅用于双折射晶体。 只有水晶的内部才有意义。 水晶射出后，O光和飞顿都无所谓了。 晶体的光轴：冰岛石有一个特殊的方向。 当光沿着这个方向传播时，o光和费顿是不分离的（即它们的传播速度和传播方向相同）这个特殊的方向称为晶体的光轴。 为了说明光轴的方向，让我们详细研究一下冰岛石的晶体。 冰岛石天然水晶如右图所示，其形状为平行多面体，各面均为平行四边形。 它的一对锐角约为78个，一对钝角约为102个。读者可以看到，每三个曲面都会组合成一个顶点。 八个顶点中，有两个顶点在前（图中的角A相交）。经过这样一个顶点并与三个界面形成等角的直线就是冰的光轴方向洋甘菊晶体。我们总是标明“方向”一词，因为“光轴”代表晶体中的特定方向。
如图所示，如果我们把冰岛石晶体的两个钝角磨平，使之有两个垂直于光轴的表面，让等量的光束法向入射到这两个表面上光折射的原理规律，则射到晶体上的光将是沿光轴传播，不再分解为两束光束。 主截面：光线沿晶体的某一界面入射，该界面的法线与晶体光轴所形成的平面称为主截面。 当入射光线位于主剖面时，即入射面与主剖面重合时，两条折射光线均位于入射面内； 否则，光可能不在入射表面上。 双折射光的偏振光：如果用检偏器检查上图实验中晶体发出的两束光束，会发现它们都是线偏振的，并且两束光束的振动方向是垂直的对彼此。 除冰岛石外，许多晶体都具有双折射特性。 双折射晶体有两种类型。 冰岛石、石英、红宝石、冰等晶体只有一个光轴方向，称为单轴晶体； 云母、蓝宝石、橄榄石和硫磺等晶体有两个光轴。 光轴方向，它们被称为双轴晶体。 双轴晶体中的光传播规律比1.1节中描述的更为复杂，这里仅讨论单轴晶体。 为了研究光在各向异性双折射晶体中传播和折射的规律，还需要了解波前的条件。 我们知道，各向同性介质中的点光源（可以是真实的点光源，也可以是惠更斯原理中的次级波中心）向各个方向发出速度v相同的波。 经过一段时间t后产生的波前是一个直径为v的球体。光在单轴晶体中的传播规律与普通各向同性介质中相同，光沿各个方向传播的速度不同。
沿光轴的传播速度也与 O 射线相同。 在经过时间t处示出的是绕光轴方向旋转的椭球体。 将两个波面画在一起，并与光轴方向相切（见图1——为了说明o光和费顿光的偏振方向，我们引入主平面的概念。某光线晶体中与晶体光轴构成的平面称为主平面，上图中的纸平面是每条光线在其上绘制的主平面，o光电矢量的振动方向与主平面垂直光电矢量的振动方向都在主平面内，单轴晶体分为两类：一类以冰岛石为代表，光的波前呈扁球体，这类晶体称为负晶体。另一种以石英为代表，光的波前为长椭球体，这种晶体称为正晶体。我们知道，真空中的光速c与介质中的光速ν之比等于介质的折射率n/υ。 对于o光来说，晶体的折射率n不遵守普通的折射定理，因此我们不能简单地用一个折射率来反映其折射规律。 而一般光沿垂直于光轴传播的真空光速c之比称为其折射率，即n。 虽然这不具有普通折射率的含义，但它与晶体的重要光学热阻一样。 它也称为晶体的主折射率。 下面你会听到，加上n，再加上光轴的方向，就可以完全确定的折射方向了。 对于负晶体，n。 冰岛石和石英几种特征谱线，数值列于表-元素谱线波长橄榄石（冰岛石）晶体（即石英）4046.561...721...901 ...55336惠更斯绘图法晶体 利用惠更斯原理求各向同性介质中折射线的方向。 光和在晶体中的折射方向也需要这种技术。
我们先来总结一下本节提到的惠更斯绘图法的基本步骤。 如右图所示：从最先到达界面的点A开始，沿入射光线画垂线A，即为入射光线的波前。 求出B为直径（v为光在折射介质中的声速），在折射介质中做一个半圆（实际上是半球），就是上面半圆的正切（实际上另一边得到B并沿入射光线经过B'点）上面是切面，也就是第2章提到的包络面），也就是折射线的波面。 与切点A'相连的方向是折射线的方向。 现在将此方法应用到单轴晶体上（这里唯一的区别是，从A点发射的二次波面不是简单的一个半球，而是两个，一个是一个直径为1的半球（o光的第二波面） ，另一个是光轴方向的半椭球体，其另一个半主长为（光的第二波面）。（1）两步的绘制方法与之前相同，（ 3)步骤应根据已知的晶体光轴方向制作上述复数二次波前，步骤(4)中o光和e光二次波前的切面应由B'制作分别点，使得两个切点和 (5)步骤中得到两条折射线，A光和费顿光，克尔效应和保罗效应电场也可以使单个物质形成双折射，如图所示，装有平行玻璃的小盒子里密封着一对行板电极，盒子里充满了羟基苯（）液体。 两个偏光片的振动传递方向垂直，电极之间的电场对它们为450°。
当电极之间没有施加电流时，没有光从这对交叉的偏振器射出，这表明池中的液体不具有双折射效应(=0)。 当在两块极板之间施加适当大小的强电场（E～104V）时，光线就会通过光学系统。 这说明盒子内的液体在强电场的作用下变成双折射物质，将入射光分解为e光和o光，并在它们之间产生附加的相位差，从而使出射光通常为椭圆偏振。 这些现象称为克尔效应（J 或克尔常数 B = 方程尺度系数埃中的单位）。 克尔效应并非甲苯所独有，普通物质（如水、玻璃）虽然也有克尔效应，但它们的克尔常数，却要小2个数量级。 值得注意的是，克尔效应与电场硬度E的平方成反比，因此δ方向无关。 甲基本克尔效应的弛豫时间（即电场变化后跟随变化所需的时间）极短，约为10-9s量级。 因此，甲苯的克尔盒被用作高速光学快门（光开口）和电光高级调制器（通过电信号改变光强度的组件）。 它在高速摄影、光束测距、激光通信、激光电视等方面有着广泛的应用。 双折射广泛应用于医学、科学研究等领域。 双折射广泛应用于液晶显示器、光调制器、彩色滤光片、波片、光轴光栅等光学元件中，在二次波纹形成和许多其他非线性过程中也发挥着重要作用。
双折射混频器还用作电子相机中的空间低通混频器，其中晶体的长度控制图像在一个方向上的传播，从而减小光斑尺寸。 这是所有电视和电子胶片单反相机正常工作所必需的，防止空间混叠，空间混叠的频率比单反相机像素矩阵中的折回频率要低。 医学利用双折射进行医学诊断。 从以下几个方面来阐述双折射的应用。 水晶偏光镜。 双折射的重要应用之一是制造偏振光元件。 由于o光是100%线偏振的，这优于上述几种偏光片（偏光片和玻璃板）。 可以通过o光和e光的折射定律的差异将它们分开，这样我们就可以得到非常好的线偏振。 由双折射晶体（双折射棱镜）制成的偏光片有很多种，这里不做全面介绍，仅举几个例子来说明其原理。 (1)罗切斯特棱镜和沃拉斯顿棱镜