§ 16-14 双折射（ Double Refraction）
双折射现象
自然光
O光
e光
双折射 双折射 双折射
方解石
双折射现象：同一束光线通过折射后
分为两束的现象
寻常光和非寻常光（ 1687年惠更斯研究）
1、两束光均是偏振光：一束叫寻常光（ O光）
一束叫非寻常光（ e光）
2,O光遵守折射定律；而 e光不遵守所知的折射
定律。
c on s tn
r
i
o ??
0
0
s in
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O光
e光
寻常光和非寻常光（ 1687年惠更斯研究 ）
1、两束光均是偏振光,
一束叫寻常光（ O光）
一束叫非寻常光（ e光）
2,O光遵守折射
定律；而 e光不
遵守所知的折
射定律。
c o n s tin
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i
e
e
e ??? )(
s in
s in （与入射角有关 且不为定值）
对 O光,
对 e光,
（与入射角无关
且为定值）
e光在晶体中传播
光速是变化的。 nvCri ??s ins in为什么？
自然光 方解石
晶体的光轴、主截面、主平面
78o
78o 68o
102o
1、光轴,当光在晶体中传播时，不发生双折射
的方向。
光轴
对方解石而言：光轴是从 102o
纯角引直线，使之和它各边
成等角 68o的直线（ OO’）
注意,
?光轴仅代表一个方向，与
OO’平行的线都是光轴。
有两个光轴的晶体称双晶体（云母、硫磺等）
仅有一个光轴的晶体称单晶体（如方解石,
石英）
?
光轴
2、主截面：晶面法线与光轴组成的平面
主截面是由许多平行平面
构成。
3、主平面：光轴和晶体内
任一条光线组成的平面。
?O光与 e光都有各自的主
平面，入射面在主截面
内时,O光 e光的主平面
重合并同在主截面内。
注意,
?入射面在主截面内时,o光 e光的振动面互相垂直
且 o光为振动面垂直于主截面的偏振光；
e光为振动面平行于主截面的偏振光；
?n?
102o
78o
78o
78o 光轴
?入射面在主截面内时,o光 e光的振动面互相垂直
且 o光为振动面垂直于主截面的偏振光；
e光为振动面平行于主截面的偏振光；
?n?
注意：一般情况
O,e二光的光振
动并不完全垂直
有一定大小的夹
角,e光也不在主
截面内。 4、正晶体与负晶体
入射面与主截面重合时,
oe nn ?? 也可可以
不同的晶体,e光折射率,
oe vv ?? 也可可以
让光垂直于光轴入射，对
78o
78o
?n?
入射面与主截面重合时,
evv ?0
不同的晶体,e光折射率,
让光垂直于光轴入射，对
n e可以 >也可 <n0
v e可以 >也可 <v0
正晶体 --
负晶体 --
evv ?0
在晶体内一个点波
源发光的波阵面,
78o
光轴
正晶体 负晶体
o光
e光
光轴
四、用惠更斯原理解释双折射现象
先明确一个概念：在各向同性的介质中,
波面法线与光线的方向一致，即光线与波面垂直
光线是能量传播的方向。 但在各向异性介质中,
光线只是能量传播的方向。波面法线并不一定是
光传播的方向了。如晶体中 e光传播的方向就不
一定与波阵面垂直，光传播的方向要看能量传播
的方向。
o光 e光
晶体
光轴 光轴
（负晶体） 1、入射面与主截面平行的情况
A）光轴与晶体表面有一夹角（斜入射）
（负晶体） 1、入射面与主截面平行的情况
B）光轴与晶体表面有一夹角（正入射）
自然光
光轴
（负晶体） C）光轴与晶体表面平行（正入射）
自
然
光
o光 e光
光轴
O e二光通过厚度 d的光程差,dnn
oe )( ???
4/?? ? 2/?? ?四分之一波片
二分之一波片（半波片）
结论,
evv ?0 enn ?0
有双折射。
自
然
光
o光 e光
光轴
（负晶体） D）光轴与晶体表面垂直（正入射）
A）光轴与晶体表面平行（斜入射）
（负晶体） 2、入射面与主截面垂直的情况
o光 e光
光轴 自然光
负晶体
o光
e光
光轴 朝左看 看到了！
光轴
A）光轴与晶体表面平行（斜入射）
（负晶体） 2）入射面与主截面垂直的情况
A’ A
B CC’
五、偏振棱镜
自然光
光轴
68o 71
o
1、尼科尔棱镜（ W·Nicol 1928年）
no=1.658
ne=1.486 o光
e光
n阿拉伯 =1.550
O光以 76o入射到阿拉伯树胶，产生
全反射后被吸收。
76o
?70
6 5 8.1
5 5 0.1a r c s in ??
临介i
e光出射成为偏振光
A’
C’
方解石
A
D
C
B
光
轴
光轴
o光
e光
O光
e光
eo vv ?
eo vv '' ?
2、渥氏棱镜（ Wouaston）
光轴
o光
e光 O光,e光是相对主截面而言的 O光垂直主截面,e光平行主截面
n
v
C
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O,e二光通过晶体
后被分得很开，从
而获得偏振光。
六、偏振光的应用
汽车车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜
1、防止对面来的灯光耀眼
2、放立体电影
原理：利用人眼的双眼效应
双眼睁开 一只眼睁开,一只眼关闭
拍摄,
立体电影原理,
双折射现象
自然光
O光
e光
双折射 双折射 双折射
方解石
双折射现象：同一束光线通过折射后
分为两束的现象
寻常光和非寻常光（ 1687年惠更斯研究）
1、两束光均是偏振光：一束叫寻常光（ O光）
一束叫非寻常光（ e光）
2,O光遵守折射定律；而 e光不遵守所知的折射
定律。
c on s tn
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0
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O光
e光
寻常光和非寻常光（ 1687年惠更斯研究 ）
1、两束光均是偏振光,
一束叫寻常光（ O光）
一束叫非寻常光（ e光）
2,O光遵守折射
定律；而 e光不
遵守所知的折
射定律。
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s in （与入射角有关 且不为定值）
对 O光,
对 e光,
（与入射角无关
且为定值）
e光在晶体中传播
光速是变化的。 nvCri ??s ins in为什么？
自然光 方解石
晶体的光轴、主截面、主平面
78o
78o 68o
102o
1、光轴,当光在晶体中传播时，不发生双折射
的方向。
光轴
对方解石而言：光轴是从 102o
纯角引直线，使之和它各边
成等角 68o的直线（ OO’）
注意,
?光轴仅代表一个方向，与
OO’平行的线都是光轴。
有两个光轴的晶体称双晶体（云母、硫磺等）
仅有一个光轴的晶体称单晶体（如方解石,
石英）
?
光轴
2、主截面：晶面法线与光轴组成的平面
主截面是由许多平行平面
构成。
3、主平面：光轴和晶体内
任一条光线组成的平面。
?O光与 e光都有各自的主
平面，入射面在主截面
内时,O光 e光的主平面
重合并同在主截面内。
注意,
?入射面在主截面内时,o光 e光的振动面互相垂直
且 o光为振动面垂直于主截面的偏振光；
e光为振动面平行于主截面的偏振光；
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102o
78o
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78o 光轴
?入射面在主截面内时,o光 e光的振动面互相垂直
且 o光为振动面垂直于主截面的偏振光；
e光为振动面平行于主截面的偏振光；
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注意：一般情况
O,e二光的光振
动并不完全垂直
有一定大小的夹
角,e光也不在主
截面内。 4、正晶体与负晶体
入射面与主截面重合时,
oe nn ?? 也可可以
不同的晶体,e光折射率,
oe vv ?? 也可可以
让光垂直于光轴入射，对
78o
78o
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入射面与主截面重合时,
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不同的晶体,e光折射率,
让光垂直于光轴入射，对
n e可以 >也可 <n0
v e可以 >也可 <v0
正晶体 --
负晶体 --
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在晶体内一个点波
源发光的波阵面,
78o
光轴
正晶体 负晶体
o光
e光
光轴
四、用惠更斯原理解释双折射现象
先明确一个概念：在各向同性的介质中,
波面法线与光线的方向一致，即光线与波面垂直
光线是能量传播的方向。 但在各向异性介质中,
光线只是能量传播的方向。波面法线并不一定是
光传播的方向了。如晶体中 e光传播的方向就不
一定与波阵面垂直，光传播的方向要看能量传播
的方向。
o光 e光
晶体
光轴 光轴
（负晶体） 1、入射面与主截面平行的情况
A）光轴与晶体表面有一夹角（斜入射）
（负晶体） 1、入射面与主截面平行的情况
B）光轴与晶体表面有一夹角（正入射）
自然光
光轴
（负晶体） C）光轴与晶体表面平行（正入射）
自
然
光
o光 e光
光轴
O e二光通过厚度 d的光程差,dnn
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4/?? ? 2/?? ?四分之一波片
二分之一波片（半波片）
结论,
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有双折射。
自
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光
o光 e光
光轴
（负晶体） D）光轴与晶体表面垂直（正入射）
A）光轴与晶体表面平行（斜入射）
（负晶体） 2、入射面与主截面垂直的情况
o光 e光
光轴 自然光
负晶体
o光
e光
光轴 朝左看 看到了！
光轴
A）光轴与晶体表面平行（斜入射）
（负晶体） 2）入射面与主截面垂直的情况
A’ A
B CC’
五、偏振棱镜
自然光
光轴
68o 71
o
1、尼科尔棱镜（ W·Nicol 1928年）
no=1.658
ne=1.486 o光
e光
n阿拉伯 =1.550
O光以 76o入射到阿拉伯树胶，产生
全反射后被吸收。
76o
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6 5 8.1
5 5 0.1a r c s in ??
临介i
e光出射成为偏振光
A’
C’
方解石
A
D
C
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光
轴
光轴
o光
e光
O光
e光
eo vv ?
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2、渥氏棱镜（ Wouaston）
光轴
o光
e光 O光,e光是相对主截面而言的 O光垂直主截面,e光平行主截面
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O,e二光通过晶体
后被分得很开，从
而获得偏振光。
六、偏振光的应用
汽车车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜
1、防止对面来的灯光耀眼
2、放立体电影
原理：利用人眼的双眼效应
双眼睁开 一只眼睁开,一只眼关闭
拍摄,
立体电影原理,
