雙折射原理及應用 雙折射（）是光束入射到各向異性晶體上，分解成兩束光，向不同方向折射的現象。 它們是線性偏振，振動方向彼此垂直。 當光進入各向異性晶體（如橄欖石晶體）時，可以觀察到兩束折射光，這種現象稱為光的雙折射。 兩束折射光線中的一束始終遵循折射定律。 這種折射光稱為普通光，一般用o表示，簡稱。 晶體顯然有一個特殊的方向，光沿這個方向傳播時不會形成雙折射，即o射線和費頓重合，并且在這個方向上，o射線和e折射率相等，且光的傳播速度相等。 這個特定的方向稱為晶體的光軸。 “光軸”并不是指一條直線，而是指出它的“方向”。 某種光線在晶體中與晶體光軸所形成的平面稱為該光線的主平面。 o光的主平面，e振動在費頓的主平面中。 如何解釋雙折射？ 惠更斯有這樣的解釋。 1、一束普通光（o極光（費頓）進入橄欖石晶體（氯化鈣的天然晶體）后，分裂成兩束光能，向不同方向折射。這種現象稱為雙折射，這是由于受晶體各向異性的影響，除了立方晶體（如鹽礦）外，當光線進入普通晶體時，會形成雙折射現象，實際上晶體越厚，發出的光束就越分裂，當改變入射角時i 不符合折射定律 2、光軸和主平面 當改變入射光的方向時，我們會發現在橄欖石這種晶體內部有一個確定的方向，當光沿著這個方向傳播時，普通光和特殊光不再分離，不形成雙折現象，這個方向稱為晶體的光軸。
天然橄欖石晶體是有八個頂點的六面體棱柱體，其中有兩個特殊的頂點A、D，A、D相交的棱邊之間的傾角為102個鈍角。 它的光軸方向可以這樣確定，從三個鈍角相交的任意頂點（A或D）畫一條直線，使其與晶體的每條相鄰邊形成相等的角度，這條線仍然是光軸方向軸方向。 事實上光折射的原理規律，晶體中任何平行于光軸方向的直線都是光軸。 只有一個光軸方向的晶體稱為單軸晶體（如長石、石英等）。 有些晶體有兩個光軸方向，稱為雙軸晶體（如云母、硫磺等）。 在晶體中，我們將光軸與任意已知光線組成的平面稱為晶體中光線的主平面，即o面； 費頓與光軸構成的平面是費頓的主平面。 下面用離子來說明。 拿一塊冰島石（長石的一種），把它的物理成分放在一張有字的紙上，我們會看到一個重影。通常我們在寫字紙上放一塊厚玻璃磚，我們只看到一個圖像這個圖像看起來比實際物體漂浮得高一點，這是光的折射造成的，折射率越大，漂浮圖像的高度就越大，我們可以看到兩個圖像的漂浮高度冰島石中的不同，這說明光在這些晶體中變成了兩束光，它們的折射程度不同，這些現象稱為雙折射。如右圖所示，設一束相等的自然光為入射到其中一顆冰島石晶體的表面上，我們都感覺到光束分裂成兩半。
根據光的折射定律，法線入射線不應發生偏轉。 上述兩束折射光中的一束確實在晶體中沿著原來的方向傳播，但另一束卻偏離了原來的方向。 前者似乎遵循普通折射定理。 如果我們進一步研究各種入射方向，結果表明晶體中的兩條折射線之一總是符合普通折射定理，而另一條則常常違反它。 因此，晶體中的第一條折射線稱為普通光（簡稱o），后面的折射線稱為極光（簡稱異常）。 需要注意的是，這里所謂的o光和僅用于雙折射晶體。 只有水晶的內部才有意義。 水晶射出后，O光和飛頓都無所謂了。 晶體的光軸：冰島石有一個特殊的方向。 當光沿著這個方向傳播時，o光和費頓是不分離的（即它們的傳播速度和傳播方向相同）這個特殊的方向稱為晶體的光軸。 為了說明光軸的方向，讓我們詳細研究一下冰島石的晶體。 冰島石天然水晶如右圖所示，其形狀為平行多面體，各面均為平行四邊形。 它的一對銳角約為78個，一對鈍角約為102個。讀者可以看到，每三個曲面都會組合成一個頂點。 八個頂點中，有兩個頂點在前（圖中的角A相交）。經過這樣一個頂點并與三個界面形成等角的直線就是冰的光軸方向洋甘菊晶體。我們總是標明“方向”一詞，因為“光軸”代表晶體中的特定方向。
如圖所示，如果我們把冰島石晶體的兩個鈍角磨平，使之有兩個垂直于光軸的表面，讓等量的光束法向入射到這兩個表面上光折射的原理規律，則射到晶體上的光將是沿光軸傳播，不再分解為兩束光束。 主截面：光線沿晶體的某一界面入射，該界面的法線與晶體光軸所形成的平面稱為主截面。 當入射光線位于主剖面時，即入射面與主剖面重合時，兩條折射光線均位于入射面內； 否則，光可能不在入射表面上。 雙折射光的偏振光：如果用檢偏器檢查上圖實驗中晶體發出的兩束光束，會發現它們都是線偏振的，并且兩束光束的振動方向是垂直的對彼此。 除冰島石外，許多晶體都具有雙折射特性。 雙折射晶體有兩種類型。 冰島石、石英、紅寶石、冰等晶體只有一個光軸方向，稱為單軸晶體； 云母、藍寶石、橄欖石和硫磺等晶體有兩個光軸。 光軸方向，它們被稱為雙軸晶體。 雙軸晶體中的光傳播規律比1.1節中描述的更為復雜，這里僅討論單軸晶體。 為了研究光在各向異性雙折射晶體中傳播和折射的規律，還需要了解波前的條件。 我們知道，各向同性介質中的點光源（可以是真實的點光源，也可以是惠更斯原理中的次級波中心）向各個方向發出速度v相同的波。 經過一段時間t后產生的波前是一個直徑為v的球體。光在單軸晶體中的傳播規律與普通各向同性介質中相同，光沿各個方向傳播的速度不同。
沿光軸的傳播速度也與 O 射線相同。 在經過時間t處示出的是繞光軸方向旋轉的橢球體。 將兩個波面畫在一起，并與光軸方向相切（見圖1——為了說明o光和費頓光的偏振方向，我們引入主平面的概念。某光線晶體中與晶體光軸構成的平面稱為主平面，上圖中的紙平面是每條光線在其上繪制的主平面，o光電矢量的振動方向與主平面垂直光電矢量的振動方向都在主平面內，單軸晶體分為兩類：一類以冰島石為代表，光的波前呈扁球體，這類晶體稱為負晶體。另一種以石英為代表，光的波前為長橢球體，這種晶體稱為正晶體。我們知道，真空中的光速c與介質中的光速ν之比等于介質的折射率n/υ。 對于o光來說，晶體的折射率n不遵守普通的折射定理，因此我們不能簡單地用一個折射率來反映其折射規律。 而一般光沿垂直于光軸傳播的真空光速c之比稱為其折射率，即n。 雖然這不具有普通折射率的含義，但它與晶體的重要光學熱阻一樣。 它也稱為晶體的主折射率。 下面你會聽到，加上n，再加上光軸的方向，就可以完全確定的折射方向了。 對于負晶體，n。 冰島石和石英幾種特征譜線，數值列于表-元素譜線波長橄欖石（冰島石）晶體（即石英）4046.561...721...901 ...55336惠更斯繪圖法晶體 利用惠更斯原理求各向同性介質中折射線的方向。 光和在晶體中的折射方向也需要這種技術。
我們先來總結一下本節提到的惠更斯繪圖法的基本步驟。 如右圖所示：從最先到達界面的點A開始，沿入射光線畫垂線A，即為入射光線的波前。 求出B為直徑（v為光在折射介質中的聲速），在折射介質中做一個半圓（實際上是半球），就是上面半圓的正切（實際上另一邊得到B并沿入射光線經過B'點）上面是切面，也就是第2章提到的包絡面），也就是折射線的波面。 與切點A'相連的方向是折射線的方向。 現在將此方法應用到單軸晶體上（這里唯一的區別是，從A點發射的二次波面不是簡單的一個半球，而是兩個，一個是一個直徑為1的半球（o光的第二波面） ，另一個是光軸方向的半橢球體，其另一個半主長為（光的第二波面）。（1）兩步的繪制方法與之前相同，（ 3)步驟應根據已知的晶體光軸方向制作上述復數二次波前，步驟(4)中o光和e光二次波前的切面應由B'制作分別點，使得兩個切點和 (5)步驟中得到兩條折射線，A光和費頓光，克爾效應和保羅效應電場也可以使單個物質形成雙折射，如圖所示，裝有平行玻璃的小盒子里密封著一對行板電極，盒子里充滿了羥基苯（）液體。 兩個偏光片的振動傳遞方向垂直，電極之間的電場對它們為450°。
當電極之間沒有施加電流時，沒有光從這對交叉的偏振器射出，這表明池中的液體不具有雙折射效應(=0)。 當在兩塊極板之間施加適當大小的強電場（E～104V）時，光線就會通過光學系統。 這說明盒子內的液體在強電場的作用下變成雙折射物質，將入射光分解為e光和o光，并在它們之間產生附加的相位差，從而使出射光通常為橢圓偏振。 這些現象稱為克爾效應（J 或克爾常數 B = 方程尺度系數埃中的單位）。 克爾效應并非甲苯所獨有，普通物質（如水、玻璃）雖然也有克爾效應，但它們的克爾常數，卻要小2個數量級。 值得注意的是，克爾效應與電場硬度E的平方成反比，因此δ方向無關。 甲基本克爾效應的弛豫時間（即電場變化后跟隨變化所需的時間）極短，約為10-9s量級。 因此，甲苯的克爾盒被用作高速光學快門（光開口）和電光高級調制器（通過電信號改變光強度的組件）。 它在高速攝影、光束測距、激光通信、激光電視等方面有著廣泛的應用。 雙折射廣泛應用于醫學、科學研究等領域。 雙折射廣泛應用于液晶顯示器、光調制器、彩色濾光片、波片、光軸光柵等光學元件中，在二次波紋形成和許多其他非線性過程中也發揮著重要作用。
雙折射混頻器還用作電子相機中的空間低通混頻器，其中晶體的長度控制圖像在一個方向上的傳播，從而減小光斑尺寸。 這是所有電視和電子膠片單反相機正常工作所必需的，防止空間混疊，空間混疊的頻率比單反相機像素矩陣中的折回頻率要低。 醫學利用雙折射進行醫學診斷。 從以下幾個方面來闡述雙折射的應用。 水晶偏光鏡。 雙折射的重要應用之一是制造偏振光元件。 由于o光是100%線偏振的，這優于上述幾種偏光片（偏光片和玻璃板）。 可以通過o光和e光的折射定律的差異將它們分開，這樣我們就可以得到非常好的線偏振。 由雙折射晶體（雙折射棱鏡）制成的偏光片有很多種，這里不做全面介紹，僅舉幾個例子來說明其原理。 (1)羅切斯特棱鏡和沃拉斯頓棱鏡