双折射
《光学原理与应用》之双折射原理及应用
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）。
11-12双折射
ve
vO
e 光波阵面
第十一章 光学
5
物理学
第五版
非常光线 晶 体中各方向上传播 速度不同,随方向 改变而改变.
ne
c ve
ne 为主折射率
11-12 双折射
光轴 O光波阵面
ve
vO
e 光波阵面
第十一章 光学
6
物理学
第五版
方解石晶体
光轴 在方解石这 类晶体中存在一个 特殊的方向，当光 线沿这一方向传播 时不发生双折射现 象.
物理学
第五版
11-12 双折射
一 双折射的寻常光和非寻常光
折射定律
i
双折射现象
方解石晶体
n
玻璃
sin i n 恒量
sin
波 动动光光学学
第十一章 光学
1
物理学
第五版
11-12 双折射
光通过双折射晶体
第十一章 光学
2
物理学
第五版
11-12 双折射
寻常光线 (ordinary rays)
服从折射定律的光线 非常光线 (extraordinray rays)
不服从折射定律的光线
（一般情况，非常光不在入射面内）
第十一章 光学
3
物理学
第五版
11-1偏振光.
AB
o
e D
C
oe
第十一章 光学
4
物理学
第五版
11-12 双折射
产生双折射的原因
寻常光线 在晶 体中各方向上传播 速度相同.
c nΟ vΟ 常量
光轴 O光波阵面
第十一章 光学
8
11-12 双折射
102 A 光轴
第5章--光的双折射及应用PPT课件
x
（a）通过半波长片
椭圆偏振光 z
x
0 < < 45o z E x
圆偏振光 z
45o
x
45o z E x（b）通过四分之一波长片 /2 Nhomakorabea.
（c）通过四分之一波长片 /2
18
1/4波片能使寻常光线与非寻常光线的
相位差变化/4
• 相位差不同，通过晶体的光波偏振态就不同。
• 例如，四分之一波片能使寻常光线与非寻常光线
半波延迟片 π
使线偏振光两个正交分量的相位差为180o
• 半波延迟片的厚度L使线偏振光两个正交分
量的相位差 π ，对应波长一半（/2）
的 延迟，其结果是分量E//与E 相比延迟了 180o。
• 此时，如果输入E与光轴的夹角是，那么 输出 E 与光轴的夹角就是 ，输出光与输
入光一样仍然是线偏振光，只是 E 逆时针
.
1
5.1 光的双折射效应
• 5.1.1 各向同性材料和各向异性材料 • 5.1.2 光的双折射效应 • 5.1.3 双折射的几种特例 • 5.1.4 晶体的双色性 • 5.1.5 光纤双折射效应
.
2
5.1.1 各向同性材料和各向异性材料
• 晶体的一个重要特征是它的许多特性与晶体的方
向有关。因为折射率 n r ，介电质常数 r 与
• 利用双折射可制成偏振分束器（PBS）。
.
6
图5.1.3 非极化光进入各向异性晶体方解石后 将发生双折射，产生相互正交偏振的寻常光(o)
和非寻常光(e)，以不同的速度传播
.
7
方解石 晶体的双折射
101.92o 主截面 非寻常光
入射光
E//
双折射
实验证明： O 光和 e 光均为偏振光.AB源自oe DC
oe
11 – 12 双折射
第十一章 光学
产生双折射的原因
寻常光线 在晶体中
各方向上传播速度相同.
光轴
c nΟ vΟ 常量
非常光线 晶体中各
ve
方向上传播速度不同,随
方向改变而改变.
c ne ve
n胶 1.55
11 – 12 双折射
第十一章 光学
尼科耳棱镜可用于起偏和检偏
0 90
11 – 12 双折射
第十一章 光学
三 晶片
y
结构：是光轴平行表面 的晶体薄片。
作用：通过厚为d的晶片，
Ax e o
o、e光产生光程差为
线偏振光
光轴
none d
d
相位差为
2
no ne d
11 – 12 双折射
四 波(晶)片
第十一章 光学
对于某个波长而言，当o、e光通过晶片的光程差 为 的特定倍数时，这样的晶片(有特定厚度)叫波晶 片，简称波片。
(1) 四分之一波片(quarter-wave plate) |no-ne|d = /4， || = /2
(2) 二分之一波片(halfwave plate) |no-ne|d = /2， || =
六 旋光现象
旋光现象 偏振光通过某些物质后，其振动面 将以光的传播方向为轴线转过 一定的角度.
旋光物质 能产生旋光现象的物质.（如石英 晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）
旋光仪 观察偏振光振动面旋转的仪器.
A : 起偏器，
L
B : 检偏器，
Al
物理 光的双折射
I = I0 cos θ
2
i
玻璃片堆反射
ib
n2
0
ib
n2
ib + r = 90
r
o光沿原来方Βιβλιοθήκη 传播 光沿原来方向传播(ro = 0)
e光不沿原来方向传播 光不沿原来方向传播
re ≠ 0
o
e
③ o光、e光在晶体中具有不同的传播速度 光 光在晶体中具有不同的传播速度
c o光： vo = 光 no c e光：ve = 光 ne
④
no常数 , v o常数
说明： 光的传播速度在各个方向是相同的 说明：o光的传播速度在各个方向是相同的
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕 光旋转 光不动， 光围绕o光旋转 光不动 光围绕
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕 光旋转 光不动， 光围绕o光旋转 光不动 光围绕
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
② 在入射角
i = 0时
双 折
1.双折射现象 双折射现象 (1) o光、e光特征 光 光特征
i
射 现 象
① O光: 始终在入射面内 光 始终在入射面内, 并遵守折射定律。 并遵守折射定律。
re
方解石 晶体
各向异性
ro e o
sin i = n0 sin r0
寻常光 非常光
n0为常数
注意：寻常、非 注意 寻常、
常指光在折射时 是否遵守折射定 律，o光、e光也 光 光也 只在晶体内部才 有意义。 有意义。
晶体的光轴与晶体表面 法线所构成的平面。 法线所构成的平面。
光的偏振与双折射解密光的振动特性
光的偏振与双折射解密光的振动特性光是一种电磁波，作为一种波动现象，具有振动特性。
光的振动方向是指光波电场变化的方向。
光的振动可以是沿着任意方向，但是在许多情况下，光波的振动方向会受到影响，其中一种重要的现象是光的偏振和双折射。
一、光的偏振现象1. 偏振光的定义光线在传播过程中，其振动方向只在一个特定的平面上振动，这种光称为偏振光。
在偏振光中，只有振动方向与某一平面垂直的光能够通过偏振器。
2. 偏振光的产生偏振光的产生可以通过自然光经过偏振器滤波得到，也可以通过其他的物理现象产生，例如布儒斯特角反射。
3. 偏振器和偏振光的性质偏振器是一个能够选择性通过某个特定方向的光的器件。
当自然光通过偏振器时，垂直于偏振器所允许的唯一振动方向的光被选择性地通过，而其他方向的光则被阻挡。
二、双折射现象1. 双折射的定义双折射是指当光线传播到某些特殊的晶体材料中时，光线会分为两束，沿不同的路径传播。
这种现象也称为光的波面分裂。
2. 双折射的产生双折射是由于晶体结构的对称性导致的。
在一些晶体中，光沿着晶体的不同轴向传播时，会遵循不同的折射定律，从而产生双折射现象。
3. 双折射的性质双折射会导致入射光在晶体内发生方向的改变，使得光线变得有两个不同的传播方向。
这种现象不仅存在于晶体材料中，也可以在一些特殊的非晶体材料中观察到。
三、光的振动特性解密1. 光的振动方向与电场在光学中，振动方向的概念与电场方向紧密相关。
光波电场的振动方向决定了光的偏振方向，而光线的传播方向与电磁场的传播方向保持一致。
2. 光的振动特性与介质相关光的振动特性可以通过介质的性质来解释和调控。
不同的介质对光的传播和振动方向会产生不同的影响，从而实现对光的偏振特性的调节。
3. 光的偏振与实际应用光的偏振性质在许多领域中有着广泛的应用，例如光学器件、通信技术、显示技术等。
通过对光的偏振进行精确控制和调节，可以实现更多的光学效应和功能。
综上所述，光的偏振和双折射现象揭示了光的振动特性。
晶体的双折射现象(精)
方解石
光轴
o光
e光
o光
e光
3. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
o光
e光
e光
o光
此时，o, e 光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出 射后，二者产生相位差。
三. 晶体偏振器 1. 尼科耳棱镜 2. 渥拉斯顿棱镜
no (1.658) n(1.55) ne (1.486)
光轴
v o t
v e t
( 平行光轴截面 )
( 平行光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法(ve>vo) )
1. 光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中 B
光轴
A
光轴
B'
方解石
o光 e光
2. 光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中
光轴
o光
负晶体 no ne
加拿大树胶
o光 e光
e光 o光
o光 ie,o e光
e光
e
上述两种棱镜得到的偏振光 质量非常好，但棱镜本身价 格很高，因而使用较少。
o
o光
3. 波晶片 （光轴平行于表面且厚度均匀的晶体） 自然光垂直入射波晶片后， o 光, e 光传播速度不同， 产生的相位不同 。 出射 o 光 e 光的相差为
双折射的原理和应用
双折射的原理和应用一、什么是双折射？双折射，也被称为双光折射或双折光现象，是光在某些晶体中传播时，由于晶体的结构特性而引起的一种现象。
当光线穿过这些晶体时，会发生光线的分离，形成两个不同方向的光线，具有不同的传播速度和折射角度。
二、双折射的原理双折射现象的产生与晶体结构的对称性有关。
在对称性较高的晶体中，由于晶体内部存在两个或多个不同的折射率，光线在传播过程中会被分为两束，每束光线的传播速度和方向都不同。
对于某些晶体来说，折射率是一个标量，即无论光线入射的角度如何，折射率都保持不变。
这种晶体称为单折射晶体。
而双折射晶体则是由于晶体的结构对光具有不同的折射率，在光的传播过程中产生双折射现象。
双折射现象与晶体的结构无关，而是与晶体的对称性有关。
晶体的对称性越低，双折射现象越明显。
双折射晶体中的两束光线分别称为普通光线和特殊光线。
普通光线的传播速度较慢，折射率较大；特殊光线的传播速度较快，折射率较小。
三、双折射的应用1. 光学器件双折射现象在光学器件的设计和制造中起到重要的作用。
通过合理利用双折射晶体，可以制造出各种光学器件，如偏振片、光波导、光偏转器等。
这些器件在光通信、光传感、光学显微镜等领域有广泛的应用。
2. 偏振光传输双折射现象使得晶体可以对光进行偏振处理。
在光传输中，可以利用双折射晶体来选择性地传输特定方向的偏振光。
这种特性在光通信和光显示技术中有重要的应用。
3. 光学显微镜双折射现象在光学显微镜中也有广泛的应用。
通过使用双折射晶体，可以观察到样品中的双折射现象，从而获得更多关于样品结构和性质的信息。
4. 光学传感双折射现象在光学传感领域也有重要的应用。
通过使用双折射晶体，可以设计出各种光学传感器，用于测量光的强度、相位和偏振等参数。
这种传感器在光通信、环境监测和生物医学领域都有广泛的应用。
5. 光学调制器双折射现象可以被用于制造光学调制器，用于调控光的相位或振幅。
光学调制器在光通信和光学成像等领域有重要的应用。
《双折射现象》课件
通过利用晶体或塑料等材料制造的特殊透镜，可以实现对不同偏振状态
光的分离和操控。
02
光学通信
在光纤通信中，双折射现象可用于实现光的偏振复用，从而提高通信容
量和传输速率。通过在光纤中引入双折射效应，可以实现信号的并行传
输和信号的解调。
03
光学传感
双折射现象还可以应用于光学传感领域，如压力、温度、磁场等物理量
的测量。通过利用双折射现象对光的偏振状态的影响，可以实现对物理
量的敏感测量。
02
双折射现象的物理原理
光的波动性
光的波动性是指光在传播过程中表现出的振动特性。光波是一种横波，具有振动 方向与传播方向垂直的特性。
当光波通过某些介质时，由于介质中分子或原子对光的振动方向产生影响，导致 光波的振动方向发生变化，从而影响光的传播方向。
光的偏振
光的偏振是指光波的振动方向在某一特定平面内。自然光中 ，光波的振动方向是随机的，但在特定条件下，光波的振动 方向可以被限制在某一特定平面内。
偏振光在某些介质中传播时，其传播方向会受到介质中分子 或原子的影响，从而表现出不同的光学性质。
双折射的物理机制
双折射是指当光线通过某些晶体或其它双折射介质时，光波会分裂成两 个偏振方向相互垂直、传播速度不同的光线，这种现象称为双折射。
双折射现象在光学通信和信息处理中有重要的应用，如光子晶体光纤、量子通信等，利用双折射现象可 以实现高速、大容量的信息传输和处理。
双折射现象的研究趋势与展望
探索新型双折射材料
随着科技的发展，新型材料的不断涌现，探索具有更高双折射 系数、更稳定的新型双折射材料是未来的研究趋势之一。
深入研究双折射机制
目前对双折射机制的理解还不够深入，未来需要进一步深 入研究光与物质相互作用机制，揭示双折射现象的本质。
晶体的双折射现象
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。
光的双折射
90 A 48
68
B
加拿大树胶 D
e光
O光
C
no 1.658 ne 1.486 n胶 1.55
尼科耳棱镜可用于起偏和检偏
0 90
3.O光和e光的偏振态
（1）晶体的光轴 在方解石这类晶体中存 在一个特殊的方向，当 光线沿这一方向传播时 不发生双折射现象
分类： 单轴晶体 双轴晶体
102 A 光轴102 102 Nhomakorabea78
78
78
D 光轴
（2）晶体的主截面 当光在一晶体表面入射时，此表面的法线与光
轴所成的平面.
(3)光线的主平面： 折射光与光轴构成的平面
不遵守折射定律，一般不在入射面内
sin i
sin
ne
恒量
实验证明： O 光和e光均为偏振光.
A
B
o
e D
C
oe
2.产生双折射的原因
晶体的各向异性
寻常光线:在晶体中各方向 上传播速度相同.
nΟ
c vΟ
常量
光轴
非常光线:晶体中各方向 上传播速度不同,随方向
ve
vO
改变而改变.
ne
c ve
ne 为主折射率
A
M
68
C
N
将端面与一邻边的夹角由710磨制为680, 用加拿大树胶粘合两个剖面
自然光
22 方解石
no 1.65 ne 1.48 加拿大树胶：n=1.53
在加拿大树胶与方解石的分界面上，o光从光密到 光疏，入射角为770，超过发生全反射的临界角，发 生全反射而被涂黑的底边吸收，e光不会发生类似情 况。由此达到起偏目的。
o光振动 它的主平面 一般，二者主平面不重合
17.11光的双折射现象
17.11 光的双折射现象
3 主截面： 光轴与晶面法线组成的平面 入射线在主截面内时,两条折射线均在主截 面内
光轴
109
71
71
光轴
109
e光
o光
17.11 光的双折射现象
四 正晶体与负晶体 o光波面:球面 e光波面:旋转椭 球面 光轴方向相切 ( vo ve )
光轴 光轴
*
17.11 光的双折射现象
一 晶体的双折射现象 双折射现象:光进入各向异性介质(双折射 晶体)时,介质中出现o光和e光两条折射光线.
17.11 光的双折射现象
折射定律
双折射现象
方解石晶体
i
n
玻璃
动 光 学 波动光学
sin i n 恒量 sin
17.11 光的双折射现象
o
e
o
e
o、e光均为
2 寻常光线: 在晶体中各方向上传播速度相 同. c no 常量 vo 1 非常光线: 晶体中各方向上传播速度不 同,随方向改变而改变.
c ne ve
no 、ne
：称为主折射率
17.11 光的双折射现象
三 光轴及主平面
1光轴:晶体内的特 定方向,在该方向,o 光和e 光的传播速 度相等 任何平行于光轴 的直线都是光轴
线偏振光：
1寻常光o (ordinary ray): 遵守折射定律,在入射面内
sin i n0 恒量 sin
17.11 光的双折射现象
2 非常光e (exotic ray): 不遵守折射定律,一般不在入射面内
sin i ne 恒量 sin
17.11 光的双折射现象
二 理论解释
双折射现象
对于主截面和入射面重合的情况，o光、e光都在 入射面内，并且o光垂直于主截面，e光平行于主截面。 在晶体内，振动方向垂直于主平面的光称为o光。
在晶体内，振动方向平行于主平面的光称为e光。
注意：我们所说的o光和e光是对晶体而言的。只有
在晶体内才可以说o光和e光。在离开晶体后它们就只 有振动方向的区别，而无o光和e光的区别了，这时只 能说它们是振动方向不同的两束线偏振光。
A
q
B
光轴
e光
C o光
[ C ]
6
三、光的双折射现象的解释
惠更斯 原理： O 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球 面。即具有各向同性的传播速率。
e 光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转椭 球面。沿光轴方向与O光具有相同的速率。
O光波面 A 光轴方向
e光波面
O光波面
A
e光波面
光轴方向
负晶如方解石CaCO3
例. ABCD 为一块方解石的一个截面，光轴方 向在屏幕面内且与AB 成一锐角q ,如图所示. 一束平行的单色自然光垂直于 AB 端面入射.在 方解石内折射分解为 o 光和 e 光, o 光和 e 光 D 的:
(A) 传播方向相同,光矢量的振 动方向互相垂直. (B) 传播方向相同,光矢量的振动 方向不互相垂直. (C) 传播方向不相同,光矢量的振 动方向互相垂直. (D) 传播方向不相同,光矢量的振 动方向不互相垂直.
方解石
71
o光
•当入射光位于晶体的主平面内时（即入射面就是晶 体的主平面）， o光、e光以及它们的主平面都在入 射面内（两光的主平面与入射面重合）。此时， o光 和e光的光矢量振动方向互相垂直。
4
•在一般情况下， o光的主平面与e光的主平面之间 有一不大的夹角，此时两光矢量的振动方向不完全 互相垂直。
双折射现象
双折射现象双折射现象，也称为双折射效应，在光学中是指光线在通过特定材料时，会发生两个不同的折射，即折射光线分成了两个不同的方向传播。
双折射现象最早是在1669年由丹麦天文学家和物理学家欧拉斯·巴塞利乌斯·巴巴贝尔（Erasmus Bartholinus）发现的。
他注意到一块冰晶可以将一个入射光线分成两个不同的方向折射，这些折射光线的偏振方向也不同。
后来，瑞典科学家哈特文·哈吉姆斯提出了双折射现象的说明，他发现双折射现象通常发生在具有非正交晶面的晶体中。
双折射现象的原理是晶体自身的对称性破缺，使得光速度在不同方向上不同。
这使得光线在通过晶体时的折射情况也不同，进而导致双折射效应的发生。
一个典型的例子是石英晶体，当光线以沿晶体光轴方向传播时，光速度与其他方向有较大的差异，这会导致光线分成两个互相垂直的偏振方向，并沿着两个不同的方向传播。
这个现象被称为“正常双折射”或“实用双折射”。
比如，在对矿物学研究中，双折射现象是一种重要的物理特征，因为它可以帮助鉴别和识别不同种类的矿物。
多种物质也会产生双折射现象，如合成晶体, 特别是嵌入含有离子液体的材料，和某些液体，如丙酮和二甲基苯。
因为双折射现象是一种诱人的物理现象，它被广泛应用在许多领域中，包括光学、光通信、生物成像、电子显示器、激光科技和光学通信等行业。
在光学实验中，常常使用一个叫做“偏振镜”的工具来改变光线的偏振方向，这也是了解双折射现象的关键。
然而，也需要注意的是，双折射现象并不是所有的材料都会产生，它只会在一些具有特定对称性和性质的材料中出现。
综上所述，双折射现象是一种在光学中重要的现象，对理解光学和解决许多应用问题很有价值。
通过对双折射的深入研究，我们能够更好地利用光学技术，并推动科技和工程领域的发展。
双折射
11-12 双折射
2
(n0
ne )d
=
2k (2k 1)
相长 相消
第十一章 光学
物理学
第五版
11-12 双折射
偏振光干涉小结：
1 均匀玻片 单色光，光强随玻片转动而 变化；白光，颜色变化。
2 非均匀玻片 单色光，屏幕上出现干涉 条纹；白光，屏幕上出现彩色条纹。
3 透明塑料代替玻片 屏幕上出现彩色图 案，且随应力而变。
,π 2
李萨如图
1 m 2 n
测量振动频率 和相位的方法
第十一章 光学
物理学
第五版
实验装置
11-12 双折射
第十一章 光学
物理学
第五版
11-12 双折射
自然光入射晶片，出射光仍为自然光。那
么线偏振光入射晶片，出射光为何？
线偏振光
i=0
A 光轴
oe
B
o光波面
d
e光波面
oe
光轴
Ee E
E0
第十一章 光学
o e
第十一章 光学
oe
oe
物理学
第五版
波晶片 移相器件
11-12 双折射
第十一章 光学
物理学
第五版
11-12 双折射
1/4玻片 L ,
4
2
1/2玻片
L ,
2
第十一章 光学
物理学
第五版
四 圆和椭圆偏振光的获得
11-12 双折射
两个相互垂直的同频率 x A1 cos(t 1)
(no ne )d
k
PA
1
Ae A2
Ao AP
12
第十一章 光学
光通过单轴晶体时的双折射
入射光 振动面
o
e O
晶体主 截面
晶体绕入射光方向旋转时两束光旳相对光强不断变化
O’
入射光 振动面
o e
O
晶体主 截面
晶体绕入射光方向旋转时两束光旳相对光强不断变化
O’
入射光 振动面
o
晶体主
e
截面
O
晶体绕入射光方向旋转时两束光旳相对光强不断变化
O’
入射光 振动面
o
e O
晶体主 截面
晶体绕入射光方向旋转时两束光旳相对光强不断变化
折射光线一般不在入射面内； 不遵守折射定律，折射率（传播速度）和入射光线在晶体内 旳方向有关。 O光、 e光仅在晶体内部有意义
寻常光（ ordinary light O光）：
(1) 是振动面垂直与自己旳主平面旳线偏振光;
(2) 符合折射定律和反射定律; (3) 沿各个方向折射率相同, 传播速度相同.
纸面
方解石 晶体
双
折 射
光光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
纸面
方解石 晶体
双
折 射
光光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
纸面
方解石 晶体
双
折 射
光光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
纸面
方解石 晶体
双
折 射
光光
当方解石晶体旋转时，o 光不动，e 光围绕o 光旋转
光轴
o
o 光主平面
e 光轴 e 光主平面
用检偏器检验知
o 光旳振动垂直 o光旳主截面 e 光旳振动在 e 光旳主截面内
光轴在入射面内时， 两条光线旳主截面就是入射面
双折射率定义
双折射率定义双折射是指在某些晶体或液体中，光线在传播过程中产生两种波源的现象。
双折射率定义了这种现象的程度，即光线相对于晶体或液体传播时速度和方向的差别。
双折射率是描述双折射现象的重要物理参数，对于研究光学性质和材料特性具有重要意义。
双折射率的定义并不复杂，它是一个描述光的速度在晶体或液体中传播时的差别的物理量。
具体而言，双折射率是指在晶体或液体中，光线在传播过程中出现两个不同的折射率，分别对应于两个不同的传播方向。
这种现象的具体表现是，当光线垂直入射到晶体或液体中时，会分裂成两束波源，分别按照不同的速度和方向传播。
这种现象最早被发现在17世纪，当时科学家们对双折射现象进行了初步的实验和观察。
双折射率在实际应用中有着广泛的用途，例如在显微镜和光学仪器中的应用。
通过测量材料的双折射率，可以了解材料的晶体结构和光学性质，为材料性能的研究和应用提供重要的参考。
双折射率还可以用来判断晶体的对称性，为晶体结构研究提供重要的线索。
双折射率的大小和方向取决于晶体或液体的晶体结构和光学性质。
一般来说，晶体的对称性越高，双折射率就越小；而晶体的对称性越低，双折射率就越大。
此外，材料的晶体结构也会影响双折射率的方向，不同的晶体结构可能导致双折射率在不同方向上的变化。
双折射率的研究不仅可以帮助我们更好地了解材料的特性，还可以为材料的设计与制备提供重要的指导。
例如，通过控制晶体结构和成分，可以调控材料的双折射率，从而实现一些特殊的光学效应和性能。
在光通信、激光加工、光学传感等领域，双折射率的研究都具有重要的应用价值。
除了晶体和液体之外，一些复合材料和光学器件也具有双折射现象。
这些材料通常具有特殊的结构和性质，可以通过调控材料的成分和处理工艺，来实现对双折射率的控制。
例如，某些光学器件可以利用双折射率的差异来实现光的分束、偏振调制等功能，为光学通信和成像提供重要的支持。
总的来说，双折射率作为描述光在晶体或液体中传播时的物理量，对于研究光学性质和材料特性具有重要的意义。
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4
产生双折射的原因 寻常光线 在晶 体中各方向上传播 速度相同.
光轴
o光波阵面
c no 常量 vo
ve
vo
e 光波阵面
5
非常光线 晶 体中各方向上传播 速度不同,随方向 改变而改变.
c ne பைடு நூலகம்e
光轴
o光波阵面
ve
vo
ne 为主折射率
e 光波阵面
6
方解石晶体
102 A
光轴
光轴 在方解石这 类晶体中存在一个 特殊的方向，当光 线沿这一方向传播 时不发生双折射现 象.
一
双折射的寻常光和非寻常光
折射定律
双折射现象
方解石晶体
i
n
玻璃
动 光 学 波动光学
sin i n 恒量 sin
1
光通过双折射晶体
2
寻常光线 服从折射定律的光线 非常光线 不服从折射定律的光线
（一般情况，非常光不在入射面内）
3
实验证明： O 光和 A B
e
光均为偏振光.
o
C
e
D
o
e
102
102
78
78 78
B 光轴
7
主截面 当光在一晶体表面入射时， 此表面的法线与光轴所成的平面.
光轴
109
71
71
光轴
109
e光
o光
8
本章目录
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11-9 衍射光栅
11-10 光的偏振性 马吕斯定律
11-11 反射光和折射光的偏振
11-12 双折射 偏振棱镜 *11-13 液晶显示 *11-14 几何光学