7.4 双折射在线视频

下面讨论双折射

某些天然的晶体具有双折射现象

比如这是一块方解石晶体

把它放在一支铅笔上

我们看到重影

这说明光在进入方解石晶体之后

被分成了两束

这就是双折射现象

如果让一束激光

照射到方解石晶体的一个面上

我们可以看到折射出两个光点

当旋转方解石晶体的时候

会发现双折射的像其中一个不动

另外一个则绕着它旋转

我们把不动的这个折射光

称为O光即寻常光

而另一个旋转的称为e光即非常光

下面我们看

当方解石晶体旋转的时候

o光不动而e光绕着o光在不断的旋转

实验发现这两束光分别遵循不同的规律

先看寻常光 即o光

我们发现它的折射角和入射角之间

满足折射定律

即sini/sinr=n₀

这里指的o光的折射率

并且o光是在入射面内传播的

沿各个方向光的传播速度都相同

而且它是线偏振光

振动方向是垂直于它的主平面的

另外一束e光则不服从折射定律

我们沿不同的方向去观察

发现它的传播速度是不一样的

而且它不一定在入射面内传播

它的折射率沿各个方向是不同的

也就是sini/sinr不等于一个常量

这个e光也是线偏振光

它是只含平行振动的线偏振光

下面介绍几个概念

一是晶体的光轴

研究发现在晶体内部

存在某些特殊的方向

光如果沿这个方向射入晶体时

就不会发生双折射现象

这个特殊的方向就被称为晶体的光轴

也就是说

o光和e光在光轴方向

它们的传播方向 传播速度

和折射率是完全相同的

根据光轴的多少

晶体又可以分为两大类

一类是单轴晶体

一类是双轴晶体

顾名思义

单轴晶体是指只有一个光轴的晶体

比如方解石 石英

双轴晶体则是有两个光轴的晶体

比如云母和硫磺片等

接下来还有几个概念

一是主截面

它是指包含光轴和晶面法线所组成的平面

第二是主平面

在晶体内任意光线和光轴所决定的平面

称为这条光线的主平面

比如说这是光轴的方向

就是O光的传播方向

那么阴影部分就表示

这个O光的主平面所在的面了

o光的振动方向就是垂直于它的主平面的

同样这是e光它的传播方向

就是光轴方向

阴影部分就是e光的主平面

而e光的振动方向就是跟主平面相平行的

在一般情况下

o光的主平面和e光的主平面之间

有一个不大的夹角

所以一般而言e光和O光的振动方向

并不是严格垂直的

当然通常我们可以近似认为

它们振动方向是近似垂直的

这里要注意只有在双折射晶体的内部

我们才谈论o光或者e光

出了晶体就不存在o光和e光的区别了

利用双折射可以获得线偏振光

这是一种叫尼克尔棱镜的

获得线偏振光的一个元件

它是由两块主截面上角度为68度的

方解石晶体

用加拿大树胶粘合起来而构成的

之所以用这种胶

是由于对于方解石晶体来说

o光的折射率是1.658

它的e光的极值折射率是1.468

而加拿大胶的折射率n=1.55

是介于o光和e光的折射率中间的

这样一束自然光

入射到这样的尼克尔棱镜面上

在晶体内分解为两束

一束o光到达加拿大胶面上

正好产生全反射而被吸收掉

而另外一束e光则能够透过加拿大胶而传播

变成只含平行振动的线偏振光