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。只有当光线沿光轴和晶体表面法线所组成的平面入射时，这两个主平面才严格重合，且在入射面内，这时，o 光和e光的光振动方向相互垂直，这个由光轴和晶体表面法线方向组成的平面称为晶体的主

截面。在实际应用中，一般都选择光线沿主截面入射，以使双折射现象的研究更为简化。

光线沿某晶体的界面入射，此界面的法线与晶体的光轴组成平面，成为主截面。当入射线在主截面内，即入射面与主截面重合时，两折射线皆在入射面内。否则，非常光可能不在入射面内

双折射现象是由于在晶体中o光和e光的传播速度不同而引起的，在单轴晶体中，o光沿各个方向的传播速度相同，而e光沿各个方向的传播速度是不同的，唯有沿光轴方向o 光和e光的传播速度相同，在垂直于光轴方向o光和e光的传播速度相差很大。假想在晶体内有一子波源，由他发出的光波在晶体内传播，则o光的波面是球面的，而e光的波面是旋转椭球面，两个波面在光轴方向上相切。用v0表示o光的传播速度，v e表示e光沿垂直于光轴方向的传播速度。，对于v0＞v e一类晶体，如石英，称为正晶体，另一类晶体v o

根据折射率的定义，对于o光，n o=c/v o表示o光的主折射率，它与方向无关，只由晶体材料决定的常数，对于e光，通常把真空中的光速c与e光垂直光轴方向的传播速度v e 之比n e=c/v e，称为e光的主折射率。

知道了晶体光轴方向和n o，v e两个主折射率，应用惠更斯作图法，就可确定单轴晶体中o光和e光的传播方向，从而说明双折射现象。