第二节 晶体的双折射

6.3 晶体的双折射和二向色性一束单色光在晶体表面折射时（图6-5），一般可以产生两束折射光，这种现象叫做双折射。

两束折射光中，有一束总是遵守折射定律，称为寻常光，用符号o 表示；另一束一般不遵守折射定律，称为非常光，用符号e 表示。

o 光和e 光都是线偏振光。

为了说明o 光和e 光的振动方向和传播方向，需要了解晶体内某些特殊的方向和平面：光轴——晶体内一个特殊的方向，当光沿这个方向传播时，不发生双折射现象，并且o 光和e 光的传播速度相等。

只有一个光轴方向的晶体，称为单轴晶体（如方解石、石英、红宝石等）。

有两个光轴方向的晶体，称为双轴晶体（如云母、霰石、蓝宝石等）。

主平面——由o 光和光轴组成的面称o 主平面；由e 光和光轴组成的面称e 主平面。

o 光的电矢量振动方向垂直于o 主平面，e 光的电矢量振动方向则在e 主平面内。

主截面——由光轴和晶体表面法线组成的面。

可以证明，当光线以主截面为入射面时，o 光和e 光都在主截面内，这时主截面也是o 光和e 光的共同主平面。

晶体产生双折射的原因，在于晶体在光学上的各向异性。

由电磁理论可以证明，对于晶体内除光轴外的一个给定的方向，允许两束电矢量互相垂直的线偏振光以不同的速度传播。

对于单轴晶体，其中一束光的速度不随传播方向改变，这就是o 光。

它的波面是一个球面。

另一束光的速度随传播方向改变，这就是e 光，它的波面是一个以光轴为对称的回转椭球面，其方程为θθ222222s i n c o s e o on n c v += （6-3） 式中o n 是o 光折射率，e n 是e 光沿垂直于光轴方向传播时的折射率，θ是e 光线与光轴的夹角，c 是真空中光速。

负晶体（e o n n >）和正晶体（e o n n <）的o 光、e 光波面分别如图6-6a)和b)所示。

利用波面的概念，由惠更斯作图法便可求出晶体中o 光和e 光的折射方向。

应该注意，晶体中e 光线的传播速度和方向一般地与它的波阵面的传播速度和方向（沿波阵面法线方向）不同（见图6-7），后者称为法线速度。

晶体双折射现象的原因和现象晶体双折射现象，听起来好像很高大上，其实呢，就是一块玻璃或者水晶，透过光线看，会有两条不同的光线相互交叉，就像眼睛里有两只眼睛一样。

这个现象啊，不仅有趣，还有很多科学道理呢。

咱们来聊聊为什么会出现晶体双折射现象吧。

这是因为晶体的结构有点像一个迷宫，光线在进入晶体的时候，不是一条直线走的，而是会分成两条路，分别沿着不同的路径传播。

当光线从一个方向射入晶体后，再从另一个方向出来时，就会发生折射，而且还会互相干扰，形成双折射现象。

那么，为什么有些晶体会发生双折射现象呢？这是因为晶体的结构不同。

比如说，一些常见的水晶饰品，如水晶球、水晶瓶等，就是因为它们的结构比较特殊，容易发生双折射现象。

而一些普通的玻璃杯子啊，就不会有这个现象了。

接下来，咱们来说说晶体双折射现象有哪些有趣的应用吧。

其实啊，这个现象在科学实验室里经常被用来研究光的性质和行为。

另外呢，一些光学仪器啊，如显微镜、望远镜等，也利用了这个原理来放大物体的图像。

还有一些装饰品啊、玩具啊等等，也会利用这个原理来制造出一些有趣的效果。

最后呢，咱们再来聊聊晶体双折射现象背后的科学道理吧。

其实啊，这个现象背后涉及到很多物理学的知识，如光的波动性和粒子性、晶体的结构和性质等等。

要想真正理解这个现象背后的科学道理啊，还需要学习更多的知识才行。

总之呢，晶体双折射现象虽然看起来很神奇，但实际上只是物理学的一个小小分支而已。

只要我们用心去学习和探索，就能发现更多有趣的事情哦！。

晶体的双折射现象
晶体的双折射现象，也称为光学二轴性，是指光线在晶体中传播时，由于晶体的非均匀结构和各向异性特性，会发生折射光线的分离现象。

在晶体中，光线传播的速度和方向与光线的偏振方向和入射角度有关。

晶体的双折射现象主要源自以下原因：
1.各向异性：晶体的结构和物理性质在不同方向上可能会有所不
同。

这种各向异性导致光线在晶体内部以不同速度传播，从而
产生不同的折射角。

2.双折射轴：晶体中存在特定方向，称为双折射轴或光轴。

在双
折射轴上，光线的传播速度不受晶体结构的影响，沿着这个方
向传播的光线不发生分离。

当平行入射的自然光线（未偏振光）或偏振光通过晶体时，如果其传播方向与晶体的双折射轴垂直，则不会发生分离现象。

但是，如果入射方向与双折射轴不垂直，则光线会分成两束，沿不同方向传播，分别称为普通光和非普通光。

•普通光（o光）：普通光以与入射方向相同的速度传播，遵循常规的折射规律，其折射率与入射角度有关。

•非普通光（e光）：非普通光以与入射方向不同的速度传播，其折射率也与入射角度不同。

非普通光的传播速度取决于晶体的
结构和物理性质。

由于普通光和非普通光的传播速度和折射率不同，它们在晶体内
部传播时路径会发生偏离，导致折射光线的分离现象。

这种分离可以通过观察晶体上的双折射干涉图案或使用特殊的光学仪器（如偏振光显微镜）来观察和测量。

晶体的双折射现象在光学领域具有重要的应用，例如偏振光显微镜、波片、光学调制器等。

通过利用晶体的双折射特性，可以实现光的分离、调制和测量等功能。

晶体的双折射当光照射到各向异性晶体（单轴晶体，如方解石，石英，红宝石等）时，发生两个不同方向的折射；其中一个遵守折射定律，折射光线在入射面内，称为O光（ordinary ray 寻常光）；另一束不遵守折射定律，不一定在入射面内的光称为e光（extraordinary ray 非常光），这两束光都是偏振光。

晶体产生双折射的原因：●晶体的各向异性；●O光和e光的传播速度不同，O光在晶体中各个方向的传播速度相同，因而折射率n o=c/υo=恒量；e光在晶体中的传播速度υe随方向变化，因而折射率n e=c/υe是变量，随方向变化。

由于o光和e光的折射率不同，故产生双折射。

实验发现，晶体中存在着某些特殊的方向，光沿着这些特殊的方向传播时，不发生双折射现象，这个特殊的方向称为光轴。

光轴仅标志一定的方向，不限于某一特殊的直线。

若沿光轴方向入射，O光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而无双折射现象。

以入射线为轴转方解石，光点O不动，e绕O转。

用偏振片检验，二者都是偏振光，且偏振方向相互垂直。

O光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。

e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。

若光轴在入射面内，实验发现：O光、e光均在入射面内传播，且振动方向相互垂直。

惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的晶体中，子波源会同时发出o光、e光两种子波。

O光的子波，各方向传播的速度相同为v0，点波源波面为球面,振动方向始终垂直其主平面。

(如图1) O光只有一个光速v o 一个折射率n oe光的子波,各方向传播的速度不同。

点波源波面为旋转椭球面,振动方向始终在其主平面内.（如图2）●e光在平行光轴方向上的速度与O光的速度相同为v0●e光在垂直光轴方向上的速度与o光的速度相差最大，记为v e，其相应的折射率为n e图2n0 ，n e称为晶体的主折射率。

●正晶体 : n e> n o (υe< υo)如石英，冰等；●负晶体 : n e< n o (υe>υo)如方解石，红宝石等。