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什么是双折射?

小编 2025-05-26 09:45:00 人看过
我们先从两个基础概念说起:反射与折射。



当光到达两种介质的交界面时,既可能发生反射也可能产生折射。反射是指光线返回原介质的现象,其反射角始终与入射角相等。


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折射则是光线进入新介质后因折射率差异导致传播方向改变的过程。





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光的反射和折射都发生在入射面内,也就是入射光线和界面法线构成的平面。



折射角、入射角正弦之比等于相对折射率:



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也就是折射定律,它的另外一个名字我们可能听得比较少,Snell定律或Snell-Descartes 定律(斯涅尔-笛卡尔定律)。


生活中的现象(所以河水实际上比看起来的更深):

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那什么是双折射呢?


一束入射到介质中的光经折射后变为两束光,称为双折射



需要特别说明的是,仅各向异性晶体具备这种特性——这类晶体的原子排列具有方向选择性,导致不同偏振方向的光线产生相异折射率。

下图是一个机械振子模型,可以帮我们简单理解各向同性和各向异性。


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如上图,各向异性模型中z轴特性不一样。

以具有双折射性质的方解石为例:


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折射后的两束光都是线偏振光。一束遵循折射定律,称为寻常光o光ordinary ray),一束不遵循折射定律,称为非常光e光,extraordinary ray)。



利用这种特性可以制作很多有用的光学器件,我们简单介绍两种。


比如,Wallaston棱镜,用两块方解石直角三棱镜构成:




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光垂直入射第一直角棱镜(光轴垂直纸面)时,o/e光未分离但存在速差(方解石中e光速快);进入第二棱镜(光轴竖直)后o/e光互换角色,最终输出两束偏振正交且具夹角的线偏振光。


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Babinet-Soleil 补偿器,一块固定平面平行板+两片可移动楔形板(光轴方向与固定板垂直)


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楔形板可以沿斜面滑动,因此有效厚度可以调节,可以用来调节光的相位延迟,实现相位补偿。



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