双折射现象

2.3.14　双折射现象

1.光的双折射现象

图2.3-19

当一束自然光入射到一块各向异性的晶体时，晶体内部的折射光分成传播方向和偏振方向不同的两束光，这种现象称为双折射现象，如图2.3-19所示。

在两束折射光中，一束遵从通常的折射定律，称为寻常光或o光;另一束则不遵从通常的折射定律，称为非常光或e光。寻常光的折射率是常数，非常光的折射率与方向有关，不是常数。

2.晶体的光轴

双折射现象的产生原因是晶体的各向异性，在晶体中寻常光沿各个不同方向传播的光速相同，而非常光沿各个不同方向传播的光速则不同。

在晶体中有一个特殊的方向，寻常光与非常光沿此方向传播的速度相同，垂直此方向传播的速度相差最大。这个特殊的方向称为晶体的光轴。注意，光轴实际上是指一个方位，平行于该特殊方向的任何一条直线都是光轴，而不是特指某一条直线。

有些晶体只有一个光轴，称为单轴晶体。例如方解石、石英等;有两个光轴的晶体称为双轴晶体。

光线与光轴构成的平面称为主平面。o光与e光都是线偏振光，o光的振动方向垂直自己的主平面;e光的振动方向平行自己的主平面。这里强调“自己的主平面”，是因为o光与e光两者的主平面可能重合，也可能不重合，视情况而定。

3.单轴晶体中的波面

图2.3-20

在单轴晶体中，o光沿各个方向传播速度相同，从A点发出的o光其波面为球面;e光仅在光轴方向上与o光传播速度相同，在垂直光轴的方向上，e光与o光速度差别最大，也即折射率差别最大。从A点发出的e光其波面为旋转椭球面。o光与e光的波面相切于光轴上。如果o光折射率n_o与e光沿垂直光轴方向的折射率n_e(称为主折射率)之间，满足n_o≤n_e，该晶体称为正晶体，如石英。由于n=c/u，有u_o≥u_e，即o光波速大于等于e光波速，e光波面包含在o光波面内部。如图2.3-20(a)所示。而如果满足n_o≥n_e，该晶体称为负晶体，如方解石。此时有u_o≤u_e，即o光波速小于等于e光波速，o光波面包含在e光波面内部。如图2.3-20(b)所示。

图2.3-21

根据惠更斯原理，采用作图的方法可以确定o光与e光的传播方向。例如图2.3-21，自然光垂直晶体表面入射，设晶体光轴平行晶体表面(研磨而成)且为负晶体。在此种情形下，以入射点为中心，o光波面为半球面，e光波面为半个旋转椭球面，两者相切于通过入射点的光轴上。晶体中的o光与e光仍沿原方向传播，两者虽没有分开，但波速不同，到达某同一位置时，两者具有一定的相位差。这里画出的只是一种较为简单的情况，复杂情况从略。