双折射现象
晶体双折射原理
晶体双折射原理
两种不同折射率的光波通过一个折射率为n2的介质时，两种不同折射率的光波将发生干涉，这时会产生一个新的介质界面。
这个界面是由两种折射率不同的光波组成的。
这种现象叫晶体双折射。
晶体双折射现象在光学上称为双折射，它是由两种折射率不同的光波在同一介质中相互作用产生的，是一种光学现象。
在晶胞中，每一晶胞由两个平行排列、大小相同、方向相同的晶粒组成。
晶体是由许多晶胞组成的，每一个晶胞中都有一个晶粒，它从中心到边界依次排列，相邻晶胞之间通过一个特定的空间角度相连接。
一个晶粒与另一个晶粒之间在空间上是互相垂直的。
晶体中任意两个晶粒间都存在着一种特殊关系：当光波从晶体中某一方向射入晶体时，当入射角大于某一特定值时，晶体中两个晶粒就会发生干涉。
如果入射角大于某一特定值时，在入射角和入射方向都相同的情况下，晶体中每一晶粒都会与另一晶粒发生干涉，同时出现两个折射光线：当入射角大于某一特定值时，折射光线互相平行。
—— 1 —1 —。
磁光双折射现象
磁光双折射现象磁光双折射现象是指在磁场作用下，光在晶体中发生折射时，会出现两个不同方向的折射光线。
这一现象是由于磁场对光的传播速度产生了影响，导致光线的传播方向发生改变。
磁光双折射现象的发现和研究为光学和磁学领域提供了重要的理论基础和实验依据。
磁光双折射现象最早是由法国物理学家夏尔·克尔什鲁恩（Charles Kerr）在19世纪70年代末观察到的。
他发现在某些晶体中，当施加磁场时，光线会分成两束，并且沿着不同的方向传播。
这一现象引起了科学家们的极大兴趣，随后进行了大量的研究工作。
磁光双折射现象的解释是基于磁场对晶体的电磁性质产生的影响。
晶体是由一系列有序排列的原子或分子构成的，其中的电子在磁场的作用下会发生运动。
这种运动会使得晶体的折射率发生变化，从而导致光线的传播速度和传播方向发生改变。
具体来说，磁场作用下的晶体可以分为正常磁光双折射和反常磁光双折射两种情况。
正常磁光双折射是指磁场使得晶体的折射率变大，导致光线的传播速度增加。
而反常磁光双折射则是指磁场使得晶体的折射率变小，导致光线的传播速度减小。
磁光双折射现象在实际应用中具有重要的意义。
例如，它可以用于制造磁光器件，如磁光隔离器和磁光调制器。
磁光隔离器可以实现单向光传输，防止光信号的反射和干扰，广泛应用于光通信和激光器系统中。
磁光调制器则可以根据外界磁场的变化来调节光的强度或相位，用于光通信和光信息处理等领域。
磁光双折射现象还在科学研究中发挥着重要作用。
通过研究磁光双折射现象，可以深入理解光与物质相互作用的机制，为材料的设计和合成提供指导。
同时，磁光双折射也为研究磁场的性质和磁场对物质的影响提供了一种新的手段。
磁光双折射现象是光学和磁学领域的重要现象之一。
它的发现和研究为我们深入理解光与物质相互作用的规律提供了重要的实验基础和理论依据。
在实际应用中，磁光双折射现象也有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，我们对磁光双折射现象的认识和应用也会不断深化和拓展。
光通过单轴晶体时的双折射现象ppt课件
3、o光和e光的振动方向 o 光和 e光都是线偏振光，其振动方向如何？
o 光轴
e 光轴
o 光主截面
e 光主截面
用检偏器检验知
o 光的振动垂直 o光的主截面 e 光的振动在 e 光的主截面内
光轴在入射面内时， 两条光线的主截面就是入射面 o光的振动垂直入射面 两光偏振方向垂直 e光的振动在入射面内
4、o光和e光的主折射率（仅讨论单轴晶体） 光轴 o光的主折射率 两个主折射率
注意：在晶体内光轴是一个方向 实验上怎么操作呢？令入射表面垂直光轴，光线沿光轴方向入射，光线在晶体内 部传播不发生双折射。
光轴方向
空气
方解石 不发生双折射
方解石晶体的光轴（方向）
两钝隅连线方向为 光轴方向
101°52′
78°8′
78°8′
三个角度均为 101°52′的顶点 称为钝隅
单轴晶体 单轴晶体（uniaxis crystal） 只有一个光轴方向： 方解石 (冰洲石)、石英（quartz）、红宝石 人工拉制单轴晶体、ADP(磷酸二氢氨)、铌酸锂(LiNiO3） 方解石晶体的演示 双轴晶体（biaxis crystal）
方解石 晶体
纸面
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
方解石 晶体
纸面
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
方解石 晶体
纸面
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
方解石 晶体
纸面
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
方解石晶体实物照 片 纸面
晶体的自然双折射
1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
· ·
光轴
· ·
晶体
e
· o o e · · ·
o光和e光在方向上虽没分开，但速度上是
分开的。产生双折射现象。
2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射
oΔ t e Δ t
· · · · cΔ t · i · · ·
r0 o
sin i c n0 sin r o o
102° A
例如，方解石晶体
光轴 B
光轴是一特殊的方向,凡平 行于此方向的直线均为光轴。
•
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
双轴晶体：有两个光轴的晶体
方解石
方解石的光轴
通过A或B，并 与三个会合钝角的 界面成等角的直线 方向，就是方解石 晶体的光轴方向
（对于严格等棱长的方解
石菱体，即AB连线方向）
与此平行通过晶 体的直线都是光 轴方向，常用 表示
e光折射线也不一定在入射面内。
o光
e光
方解石晶体
折射现象 双 折射现
CaCO 3
纸面
当方解石晶体旋转时，o光不 动，e光围绕o光旋转
纸面
e
o
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o光旋转
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o光旋转
光轴
· · v t · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··
o
光轴 v t o
vet
o光: n0
c
0
e光 :
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。
双折射现象
厚度 d 均匀，白光 亮；暗；亮暗色互补 厚度 d 不均匀，白光 彩色条纹。
蓝色相消→黄色
§ 17
人工双折射现象
介质：天然各向异性 人为各向异性
S
F C
有机玻璃
一．人工双折射现象
1. 应力双折射效应
〃 〃
P1
P2
干涉
d
F
光弹性效应
2. 电光效应
克尔效应 (1875年)
45 P1
b. 光轴平行晶体表面， 自然光斜入射
c. 光轴与晶体表面斜交，
自然光斜入射
一．椭圆偏振光和圆偏振光
1. 实验装置 P 为偏振片 C 单轴晶片 光轴平行晶面 与 P 的偏振化方向成α夹角 厚度 d ，主折射率为 no 和 ne
P
C
α
d
合成
2. 椭圆偏振光原理
P
C
e
o
α
单色自然光，成为线偏光
d
(no ne )d
d ：旋光物质的厚度
旋光率
cd
二．应用
c 溶液浓度
量糖术
感谢您的观看 古艺袋古玩社区
d
A1
A o
P1
C Ae
A1 sin cos A2o
A2 e 与 A2 o
反 方向相
A 2o
A2e
P2
3. 位相差
P
1
C
e
o
α
P
2
c
2d
ne no 2d ne no
d
c
A1
P1
C
A o 2k 1 P2 2k d 相长干涉 A2o A 2e ne no 2 k (2k 1) d 相消干涉 n e no
晶体双折射现象的原因和现象
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(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。
光通过单轴晶体时的双折射现象
非常光( 非常光 extraordinary light e光): 光 (1) 是振动面平行于自己的主平面的线偏振光 是振动面平行于自己的主平面的线偏振光; (2) 一般不符合折射定律 在垂直于光轴的方向 一般不符合折射定律,在垂直于光轴的方向 传播时符合折射定律. 传播时符合折射定律 (3) 沿不同的方向折射率不同 传播速度不同 沿不同的方向折射率不同, 传播速度不同. 沿光轴的方向折射率和速度与O光相同 沿光轴的方向折射率和速度与 光相同. 光相同 光和e光的主平面相互平行时 两光的振动面互相垂直. 当o光和 光的主平面相互平行时 两光的振动面互相垂直 光和 光的主平面相互平行时,两光的振动面互相垂直 对于e光 沿垂直于光轴的方向的折射率称为主折射率,记为 记为n 对于 光, 沿垂直于光轴的方向的折射率称为主折射率 记为 e.
o
e
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
o e
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 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的相对光强不断变化 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的相对光强不断变化 O’ 入射光 振动面
方解石晶体实 物照片 纸面 方解石晶体 CaCO3
折射现 双 折射现 象
1、双折射现象 用眼睛观看发光点， 会看到两个像点，透 过方解石晶体，纸面 上的字成了的双字
O光和e光
自然光进入各向异性晶体中，光线怎样传播？
两束折射光
▲ 服从折射定律寻常光线
ordinary ray— O光 extra —e光
光的双折射现象分析
光的双折射现象分析摘要一束入射光射入各向异性的晶体时，产生两束折射光的现象称为双折射现象。
在介质内，这两束光被称为O光与E光。
O光遵从折射定律，E光不遵从折射定律。
双折射现象表明，E光在各向异性介质（一般为晶体）内，各个方向的折射率不相等，而折射率与传播速度有关，因而，E光在晶体内的传播速度是随光线的传播方向的不同而变化的。
O光则不同，在晶体内各个方向上的折射率及传播速度都是相同的。
关键词：晶体；折射；光速。
正文：让平行的自然光束正入射在方解石晶体的一个表面上，我们就会发现光束分解为两束。
按照光的折射定律，正入射时光线不应该偏折。
而上述的两束光的一束在晶体内沿原方向传播，另一束却偏离了原来的方向，后者显然是违反了普通的折射定律。
进一步对各种入射方向进行研究，结果表明，晶体内的两条折射线中的一条总是符合普通的折射定律，另一条却总是违反它。
所以晶体内的前一条叫寻常光（简称o光），后一条折射线叫非常光（简称e 光）。
应当注意，这里所有的o光和e光，只在双折射晶体的内部才有意义，射出晶体以后，就无所谓了o光和e光。
在方解石中存在着一特殊的方向，光线沿这个方向传播时o光和e光不分开，这个特殊的方向称为晶体的光轴为了说明光轴的方向我们稍详细的研究一下方解石的晶体。
方解石是天然的晶体，如图所示，它呈平行六面体状，每个表面都是平行四边形，它的一对锐角约为78度，一对钝角约为102度。
大家可以看出每三个表面汇合成一个顶点，在八个顶点中有彼此对着的两个顶点是由三个钝角面汇合而成的。
通过这样的顶点并与三个界面成等角的直线方向，就是方解石晶体的光轴方向。
晶体中任何与上述直线平行的直线，都是光轴。
光轴代表晶体中的一个特定方向。
只有一个光轴的晶体称为单晶体，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，如云母蓝宝石等。
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光和e光各有自己的主平面，实验发现，o光的光振动垂直于o光的主平面，e光的光振动在e光的主平面内，一般情况下，o光和e光的主平面并不重合，他们之间有一不大的夹角。
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
光通过单轴晶体时的双折射现象
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
方解石晶体实物照 片 纸面
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO3
1、双折射现象 用眼睛观看发光点，会看到 两个像点，透过方解石晶体， 纸面上的字成了的双字
O光和e光
自然光进入各向异性晶体中，光线怎样传播？
两束折射光
▲ 服从折射定律寻常光线 ordinary ray— O光
▲ 不服从折射定律异常光线 extra —e光
5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象
一、晶体的双折射双现折象射
一束单色自然光垂直入射于晶体的表面,进入晶体后,变为两束光 .
O光
•• •• •• ••
• •• • • • •• • •
OE光偏振
插页
单色自然光
e光
晶体的截面
晶体绕入射光方向旋转, 寻常光(O光)不动,非常光(e光)随着晶体旋 转.
产生双折射原因
光轴在入射面内时， 两条光线的主截面就是入射面
o光的振动垂直入射面 e光的振动在入射面内
两光偏振方向垂直
4、o光和e光的主折射率（仅讨论单轴晶体）
光轴
两个主折射率
o光的主折射率
c no vo
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。
五章光的双折射ppt课件
Iee Ieo
z1 z2
Ioo I 0
I ee
Ioe
Ieo I e
5.４.２ 光在晶体中的传播方向
{正晶体 vo>ve 负晶体 ve>vo
石英 方解石
一、单轴晶体内o光和e光的传播方向:负晶体为例
1. 以i角入射到晶体，光轴在入射面内
sini c
sin ro v o no
····i A···B·cDΔ t
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化
O’
入射光
振动面
e
o
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化 O’
入射光 振动面
e
o
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化
入射光 振动面
O’
e
o
晶体主 截面 O
晶体绕入射光方向旋转时两束光的相对光强不断变化
负晶体：no> ne， vo < ve （如方解石、电气石等） 旋转椭球面在球面之外 旋转椭球面的短轴等于球面的直径。
负晶体 vo
光轴 ve
例
强度为I的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到 另一块完全相同的晶体上。两块晶体的主截面之间的夹角为， 试求当等于30°时，最后透射出来的光束的相对强 度（不考虑反射、吸收等损失）。
知识点回顾
物质的二向色性
利用
分界面的反射和折射 晶体的双折射
可得到线偏振光
5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO 3
纸面
5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象
一、双折射现象
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作业
• 无
同，不发生双折射现象。
光轴 vo ve vo ve 光轴
(a) 正晶体
(b) 负晶体
单轴晶体中的波面——惠更斯假设
主折射率 对于o光晶体的折射率no=c/ v0 ,但对e光，因为 它不服从普通的折射定律，不能简单地用一个折 射率来反映它折射的规律。通常仍把真空光速c 与e光沿垂直于光轴传播时的速度ve之比也叫做它 的折射率,用ne表示， ne=c/ve
(3) 单轴晶体中的光线方向 （以负单轴晶体为例：vo<ve，no>ne）
① 光轴平行于入射面，并与界面相交一角度。
n1 晶 c 体 c
n1 晶 c 体
o
e (a) 垂直入射
o
e
o
e
o
e
(b) 倾斜入射
图6.1-7 光轴平行入射面时负单轴晶体内的光线方向
结论：无论是垂直入射还是斜入射，o光与e光分开，但因主截面与入射面 重合，故o光主平面与e光主平面重合，e光仍位于入射面内。o光光 线方向与波面正交，e光则不一定垂直于波面。
(a) 方解石晶体
(b) 石英晶体
图6.1-2 晶体的解理面形式
石英： 又称水晶，属三角晶系晶体，其化学成分为二氧化硅（SiO2），结构
上易解理成角锥状。纯质的石英晶体呈无色透明状，因而也是制造偏振光
学器件的重要材料之一。
7.1.2 双折射现象
双折射：同一束入射光同时出现两个偏折方向的现象
晶体的双ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射现象
自然光
自然光
光轴
主 截 面
主平面 主平面 光轴 主平面
主截面与主平面
说明：主截面的方位由晶体自身特性决定，且始终垂直于晶体的表面；主 平面的方位则取决于光线及晶体光轴的取向；当主平面平行于入 射面时，主截面也平行于入射面。
(3) 单轴晶体中的寻常光与非常光
寻常光（o光）：单轴晶体中始终满足折射定律的光束
(a) 方解石晶体
(b) 石英晶体
天然晶体矿
自然界中存在的七大晶系（按晶体的空间对称性分类）：
立方晶系；正方（四方，四角）晶系；六角（六方）晶系；三角
（三方）晶系；正交（斜方）晶系；单斜晶系；三斜晶系。 非晶态：如玻璃、熔融石英等，一般不具有长程有序的内在结构，并且由于 其原子或分子的热运动以及在空间排列上的随机性，其光学性质一
最常用的两种各向异性晶体
方解石： 又称冰洲石，属六角晶系晶体，其 化学成分为碳酸钙（CaCO3），结构上
光轴 102o 102o 102o 78o 78o 102o 光轴
易解理成菱体（斜六面体），菱面的锐
角为78o08'，钝角为101o52'。纯质的方 解石晶体呈无色透明状，且在天然状态 下可以形成较大尺寸，是制造偏振光学 器件的重要材料之一。
§7.1 晶体的双折射现象
主要内容
1. 晶体的结构特征 2. 各向异性晶体的双折射现象 3. 双折射现象的理论解释
7.1.1 晶体的结构特征
光学器件最常用的透明固体介质材料：晶体和非晶体 晶体：内在结构长程有序的固体，其原子（离子或分子）在空间排列上 具有一定的规则性，生长良好的单晶体具有规则的几何外形。
等晶体,如云母（单斜）、黄玉（正交）、铌酸钾（正交）等。
自然界中的晶体大多是双轴的。
说明：晶体的光轴与光学系统的光轴不同，仅仅表示了晶体中的一个特定
方向，并非沿该方向上的某些特殊光线。
(2) 单轴晶体中的主截面与主平面
主截面：包含晶体光轴与界面法线的平面
主平面：包含光轴及所考察光线的平面
法 线 晶体 法 线 主截面 入射面 主平面 晶体
(1) 单轴晶体与双轴晶体
光轴：各向异性晶体中的一些特定方向，沿此方向入射的自然光不发生双 折射现象。 单轴晶体：只有一个光轴的晶体。主要为四方晶系、六角晶系、三角晶系
等晶体,如方解石（六角）、石英（三角）、铌酸锂（三角）、
冰（三角）、红宝石（三角）、金红石（四方）等。 双轴晶体：包含两个光轴的晶体。主要为正交晶系、单斜晶系、三斜晶系
非常光（e光）：单轴晶体中一般不满足折射定律的光束（折射角的正弦
与入射角的正弦之比不为常数，取决于入射光线和晶体 的取向） 说明： o光光线始终位于入射面内，而偏振面垂直于o光主平面；e光光线可能 不在入射面内，但其偏振面始终平行于e光主平面。
光轴位于入射面内（主截面与入射面重合）时，o光与e光主平面重合
且与主截面重合，因而两折射光线的偏振面严格正交。 光轴不在入射面内（主截面与入射面不重合）时，o光与e光主平面严 格讲并不平行，但其夹角一般很小，故可近似认为其偏振面正交。
7.1.3 双折射现象的理论解释
(1) 晶体中波面的形状
① 惠更斯假设 在单轴晶体中，o光子波的波面为球面，因而沿各个方向的传播速度 相等；e子波的波面为旋转椭球面，因而沿各个方向的传播速度不相等； 两个波面在晶体的光轴方向相切，因而任何子波沿光轴方向的传播速度相
透过食盐和方解石晶体的线条
透过方解石晶体及正交偏振片的线条
结论：由于双折射，一束自然光通过某种各向异性晶体制成的平行平板后， 将分解成两束相互错开但方向平行的透射光波，导致出现相互错开 的双重折射影像。当以入射光线为轴线旋转该介质平板时，至少有 一束透射光或一个影像的位臵会随之旋转，两束透射光波或两个重 叠的折射影像均表现为平面偏振特性，且振动方向正交。 说明：折射定律一般仅适用于各向同性介质。对于各向异性晶体，一般情 况下，由双折射产生的两束折射光波中至少有一束不满足折射定律。 入射光的方向不同，晶体结构及空间取向不同，则双折射性质不同。
③ 光轴平行于入射面，但与界面垂直，平行光入射。
n1 晶 体
n1 晶 体
c o e (a) 垂直入射 o e
c o e (b) 倾斜入射 o e
图6.1-9 光轴平行入射面但垂直于界面时负单轴晶体内的光线方向
结论：o光和e光波面与入射面的交线分别为圆和椭圆，主平面、主截面与入 射面重合，o光与e光振动方向正交。垂直入射时，o光与e光不分开， 且速度均为vo。斜入射时，o光与e光分开，e光不满足折射定律。
般在宏观上呈现出各向同性。
说明： 除立方晶系的单晶体具有空间各向同性的光学性质外，一般单晶体的光
学性质均具有空间上的各向异性。
在一定的外界物理场（如机械或热应力、电场、磁场等）作用下，某些 非晶态介质（甚至立方晶晶体）会在宏观上由各向同性转变为各向异性。
这种场致各向异性与晶体的自然各向异性具有类似的特点。