双折射定义与性质——晶体偏振光学

什么是双折射（Birefringence）？

     双折射，也被称为双重折射，是一种现象，当光线通过某些材料时，会被分成两条光线，每条光线的折射率不同。这种效应是由丹麦科学家Rasmus Bartholin在17世纪首次发现的，此后它在光学领域得到了广泛的研究。

    光是一种电磁波，它含有在不同方向上振荡的电场和磁场。如果光的电场在一个以上的方向上振动，它被称为非偏振光，如果电场振动在一个与光束方向平行或垂直的平面上，它就是偏振光。偏振滤光片是用来将非偏振光转换成偏振光的。

     双折射是材料的一种光学特性，其折射率取决于光的偏振和传播方向。它是一种双折射的现象。在双折射中，当非偏振光通过双折射材料时，它被分成两条光线。一条射线的偏振方向与材料的光轴垂直，这条射线被称为普通射线或O射线，另一条射线的偏振方向与晶体的光轴垂直，这条射线被称为特殊射线或E射线。O射线产生的静止图像遵守折射定律，而E射线产生的非凡图像不遵守折射定律。

图1：晶体内的双折射现象

    双折射发生在具有非各向同性的晶体结构的材料中，这意味着材料的属性在所有方向上都不相同。这些类型的材料被称为各向异性的材料。当光进入这种材料时，它被分成两条光线，其中一条遵循正常的折射规律，而另一条由于折射率不同而以不同的角度被折射。然后，这两条光线可能以不同的速度和不同的偏振来传播，从而产生各种光学效应。图1显示了在晶体内发生的双折射现象。

     表现出双折射的最常见的材料之一是方解石，这是一种常见于岩石和矿物中的碳酸钙的形式。当一束光进入方解石晶体时，它被分成两条光线，其中一条直线穿过晶体，而另一条则弯曲了一个角度。当方解石晶体被放置在图像上时，可以看到这种效果，使图像显得加倍。石英、电气石等是其他一些表现出双折射的各向异性材料。

    双折射的另一个例子可以在偏光镜中看到，偏光镜通常用于摄影和其他应用，以阻挡某些波长的光。偏光滤光片由一种材料组成，这种材料被拉伸成网格状结构，使材料成为各向异性并表现出双折射。当光线通过过滤器时，它被分成两条光线，其中一条被过滤器阻挡，而另一条则被允许通过。这种效果可以用来选择性地过滤掉某些颜色或波长的光，使摄影师和其他用户能够创造出独特的视觉效果。

1、一束入射到介质中的光经折射后变为两束光，称为双折射。

2、折射后的两束光都是线偏振光。

3、一束遵循折射定律，称为寻常光（o光ordinary ray）。

4、一束不遵循折射定律，称为非常光（e光，extraordinary ray）。

5、从晶体中射出后，不再称o光、e光。

《晶体偏振光学(在线观看PDF)》

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《双折射现象——惠更斯作图法》

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