光的双折射

光的双折射
操作方法：
1.取下大偏振片，打开激光器电源，调节光路使激光束对准双折射
晶体的入射窗口，在屏上可观察到两个光点；
2.旋转双折射晶体，可看到一个光点不动，另一个光点饶着不动的
光点转，即E光绕着O光转；
3.在双折射晶体与屏幕之间插入大偏振片，并适当调整大偏振片的
前后位置，使得E光和O光两个光点都呈现在偏振片上；
4.旋转偏振片可观察到O光和E光交替消失；
5.旋转大偏振片，使E光消失，记下此时偏振片的偏振化方向；再
旋转大偏振片，使O光消失，观察此时偏振片的偏振化方向正好转过90度。

注意事项：
1.大偏振片拿上、拿下时要小心保护，以免掉地摔坏；
原理提示：
一束自然光入射到各向异性媒质上时，
在媒质中有两束折射光出现，称作双折
射现象。

一束遵守折射定律，称寻常光
（O光）；另一束不遵守折射定律，
称非寻常光(E光)。

两束折射光都是线
偏振光，满足一定的条件时其偏振方向
互相垂直。

为了使两束光分得更开，常常做成特殊
的光学器件，如：沃拉斯顿棱镜就是由两
方解石直角棱镜胶合而成
(方解石n0＞ne )
沃拉斯顿棱镜。

双折射率和复折射率
1关于双折射率和复折射率
双折射率，也称为双向折射率，是指物体的表面被照射的一束光线，它需要被折射两次，然后才能进入它的内部。

在双折射的现象中，光线有两个半球：即平行于物体表面的光线，以及物体表面外弯折的光线。

平行于物体表面的折射率称为正折射率（正折射），而物体表面外弯折的折射率则称为负折射率（负折射）。

复折射率指一束光线在多个半球之间反复折射的现象。

在复折射中发生的是光线被多次折射，而不仅仅是可见光线两次折射。

每次折射后，光线的能量都会衰减，变得更加柔和。

这样，光线从不同的半球被折射出来，出现了复折射的现象。

因此，双折射率和复折射率是光线折射过程中出现的不同现象：双折射率是指光线从一个半球折射两次，而在复折射率中，光线可以从不同的半球被折射多次。

o光：双折射的两束折射光中，一束遵循折射定律，传播速度v o沿各个方向都相同，折射率n o=si n i/si n t o=c/v o=常量，称作寻常光，记为o光。

e光：通常不遵循折射定律，折射方向通常在入射面之外，传播速度随传播方向而改变，si n i/si n t e≠常量，称作非寻常光，记为e光o光和e光都是传播光线在双折射晶体内部定义的，双折射晶体外没有o光和e光光轴：晶体中的一个方向，光沿此方向传播不发生双折射，且折射光遵循折射定律光轴仅代表一个特殊的方向，凡平行于此方向的直线均为光轴只有一个光轴方向的晶体称作单轴晶体，有两个光轴方向的晶体称作双轴晶体在单轴晶体内，光线的传播方向与晶体光轴构成的平面称作该光线的主平面o主平面：光轴+o光线e主平面：光轴+e光线主截面：光轴+晶体表面法线。

入射面：入射光+晶体表面在入射点处的法线o光和e光都是线偏振光o光的电矢量垂直于o主平面，振动方向始终与光轴垂直。

e光的电矢量平行于e主平面，振动方向平行于e主平面通常e光不在入射面内，即e光和o光不共面。

只有当光轴在入射面内(也即入射光在主截面内)时，入射面、主截面、o主平面和e主平面四个面重合，此时o光和e光都在入射面内。

若入射光与光轴重合，则不再发生双折射。

若入射光与光轴共面但不重合，则有折射角t e≠t o，sin t e≠si n t o，发生双折射在双折射晶体中，o光沿各个方向传播的速度相同，o光的波面为半径为球面，o光的传播方向始终垂直于波面。

e光沿各个方向的传播速度不同，e光的波面为椭球面，传播方向仅在椭球的长短轴处垂直于波面。

o光和e光沿光轴方向的传播速度相同，沿垂直于光轴的方向传播速度相差最大n e称作晶体的主折射率。

n o为恒量，n e定义为e光沿垂直于光轴方向的折射率，其数学表达式中的v e也为同一方向的传播速度n e=cv e n o=cv o正晶体和负晶体：满足v o>v e→n o<n e的称作正晶体，e光波面在o光波面之内，椭球面内切于球面，切点为长轴(2v o t)的顶点，长轴方向即光轴，短轴(2v e t)。

双折射原理及应用双折射（birefringence ）是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。

它们为振动方向互相垂直的线偏振光。

当光射入各向异性晶体（如方解石晶体）后，可以观察到有两束折射光，这种现象称为光的双折射现象。

两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光，通常用o表示，简称o光；另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光，用e表示，简称e光。

晶体内存在着一个特殊方向，光沿这个方向传播时不产生双折射，即o光和e光重合，在该方向o光和e光的折射率相等，光的传播速度相等。

这个特殊的方向称为晶体的光轴。

光轴”不是指一条直线，而是强调其“方向”。

晶体中某条光线与晶体的光轴所组成的平面称为该光线的主平面。

o光的主平面，e光的光振动在e光的主平面内。

如何解释双折射呢？惠更斯有这样的解释。

1寻常光（o光）和非常光（e光）一束光线进入方解石晶体（碳酸钙的天然晶体）后，分裂成两束光能，它们沿不同方向折射，这现象称为双折射，这是由晶体的各向异性造成的。

除立方系晶体（例如岩盐）外，光线进入一般晶体时，都将产生双折射现象。

显然，晶体愈厚，射出的光束分得愈开。

当改变入射角i时，o光恒遵守通常的折射定律，e光不符合折射定律。

2.光轴及主平面。

改变入射光的方向时，我们将发现，在方解石这类晶体内部有一确定的方向，光沿这个方向传播时，寻常光和非常光不再分开，不产生双折现象，这一方向称为晶体的光轴。

天然的方解石晶体，是六面棱体，有八个顶点，其中有两个特殊的顶点A和D,相交于A D两点的棱边之间的夹角，各为102°的钝角.它的光轴方向可以这样来确定，从三个钝角相会合的任一顶点（A或D）引出一条直线，使它和晶体各邻边成等角，这一直线便是光轴方向。

当然，在晶体内任何一条与上述光轴方向平行的直线都是光轴。

晶体中仅具有一个光轴方向的，称为单轴晶体（例如方解石、石英等）。

有些晶体具有两个光轴方向，称为双轴晶体（例如云母、硫磺等）。

双折射现象及其对光的影响光作为一种电磁波的形式，具有许多奇妙的性质。

其中一种常见的现象就是光的双折射现象。

在一些特定的晶体中，光在传播过程中会出现两种不同速度的情况，从而使得光线发生折射，并且发生两次折射并沿不同方向传播。

这种现象的重要性不仅体现在科学研究领域，更在实际应用中发挥了巨大的作用。

在描述双折射现象之前，我们先来了解一下折射是什么。

折射是光线在两种介质间传播时速度和方向发生改变的现象。

根据光的波动性质，当光线从一种介质传播到另一种介质时，其传播速度会改变，从而产生折射。

根据斯涅尔定律，光在发生折射时，入射角和折射角之间存在着一个固定的关系。

而双折射现象则是在某些特殊的晶体中发生的，如岭南玉、石英等。

这些晶体具有各向异性，即其光学性质沿不同方向不同。

当光线垂直入射到这些晶体表面上时，会发生两次折射。

一个是按照正常的折射规律发生的普通光线，被称为O光线；另一个是按照不寻常的折射规律发生的异常光线，被称为E光线。

这两束光线在通过晶体后沿不同的方向传播，形成了两个不同的折射光线。

双折射现象对光的影响是多方面的。

首先，在显微镜的应用中，双折射现象可以使得晶体中的结构、性质以及缺陷等细节更加清晰可见。

通过分析样品中双折射现象的特征，可以获取关于晶体特性的重要信息。

这对于材料科学、地质学、生物学等领域的研究具有重要意义。

其次，在光学仪器中，双折射现象可用于制造偏振片和波片等光学元件。

偏振片是一种能够选择性地通过特定方向的光线的器件，其基本原理就是利用了双折射现象。

通过导入合适的晶体材料，可以制造出具有特定偏振方向的偏振片。

而波片则是一种能够改变光线偏振状态的光学器件，同样利用了双折射现象。

这些偏振片和波片在光学通讯、显示技术和光学测量等领域得到广泛应用。

另外，双折射现象还常用于分辨光学器件的特性。

通过观察通过晶体时光线的分离与汇聚现象，可以研究和判断晶体的光学常数、结构和杂质等信息。

这对于晶体材料的制备过程中的质量控制以及研究过程中的结构表征具有重要意义。

光的偏振与双折射光是电磁波的一种，它具有振动方向的特性，这种特性被称为偏振。

同时，当光通过一些特定的材料时，由于其晶体结构的影响，光会发生折射现象并被分割成两个方向不同的光线，这被称为双折射。

本文将深入探讨光的偏振和双折射的原理和应用。

一、光的偏振偏振是指光在传播过程中的振动方向。

正常光是做直线运动的，其中振动方向中的任意一方向都是等概率的。

当光经过某些介质或特定的装置时，其中某些振动方向的成分会被选择性地消除，只有特定方向的振动成分保留下来，这种光就成为偏振光。

具体来说，偏振光可以分为线偏振光和圆偏振光两种。

线偏振光是指光的振动方向沿着一条直线的光，可以通过偏振片进行过滤和调整。

圆偏振光是指光的振动方向沿着一个圆锥面上的某条直线旋转的光。

光的偏振对于某些领域具有重要意义。

在光学仪器中，通过使用偏振片可以减少或消除光的反射和干扰，提高成像的质量。

在光通信中，利用偏振来传输信息可以提高信号传输的稳定性和可靠性。

在3D电影技术中，通过控制光的偏振状态可以实现不同的景深效果，呈现出更真实的观影体验。

二、双折射现象当光传播过程中穿过某些晶体材料时，由于晶体结构的特殊性，光会被分成两个方向不同的光线，这种现象被称为双折射。

具体来说，双折射可分为正常双折射和非正常双折射两种情况。

正常双折射是指光的传播方向不会发生改变，只是光的传播速度不同，造成光线的折射角发生变化。

非正常双折射则是光的传播方向发生明显偏离，光线会分成两个方向完全不同的光线。

双折射现象使得光在经过双折射晶体时发生了分离和偏移，这在某些应用中具有重要的意义。

例如，各种仪器和设备中的偏振器件是基于双折射现象制作的，通过调整双折射晶体的结构可以控制光的传播路径和偏振状态。

三、光的偏振与双折射的应用根据光的偏振和双折射的原理，我们可以将其应用于许多领域。

以下是一些常见的应用领域：1. 光学器件：偏振片、偏振镜和各种光学滤波器等，通过选择性地透过或排除光的特定偏振成分，用于光学成像、干扰消除等。

光学双折射测量方法
光学双折射测量方法是一种用于测量材料双折射性质的方法。

双折射是指当光线通过某些特殊材料时，会发生折射角的差异，即一个光线会分成两个不同的方向传播。

常见的光学双折射测量方法包括以下几种：
1. 直接观察法：将光线通过待测材料后，使用偏振片观察光线的偏振状态变化。

若光线经过材料后发生偏振状态的变化，即可判断材料存在双折射现象。

2. 相位差测量法：将光线通过待测材料后，通过调整光程或使用干涉仪等方法来测量光线的相位差。

相位差的变化可以反映材料的双折射性质。

3. 旋光测量法：对旋光的物质，可以通过测量光线的旋转角度来确定双折射性质。

常用的旋光仪可以测量光线的旋转角度，并根据旋光角度的大小来判断材料是否具有双折射现象。

4. 光学显微镜观察法：使用光学显微镜观察材料的像差。

当材料存在双折射现象时，显微镜观察到的图像会发生畸变，通过观察畸变情况可以判断材料的双折射性质。

上述方法中，相位差测量法和旋光测量法是较为精确和常用的方法，可以提供关于双折射性质更详细的信息。

这些方法广泛应用于材料科学、光学器件设计等领域的研究和实验中。