5-4光在单轴晶体中的波面图
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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)。