雙折射

雙折射（birefringence）是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象 。將一塊冰洲石（透明的方解石）放在書上看，它下面的線條都變成雙影 。

雙折射是光束入射到各向異性的晶體，分解為兩束光而沿不同方向折射的現象。光在非均質體中傳播時 ，其傳播速度和折射率值隨振動方向不同而改變，其折射率值不止一個；光波入射非均質體，除特殊方向以外 ，都要發生雙折射，分解成振動方向互相垂直、傳播速度不同、折射率不等的兩種偏振光，此現象即為雙折射 。

基本介紹

• 中文名：雙折射
• 外文名：birefringence
• 學科：光學
• 特徵：一條入射光線產生兩條折射光線
• 存在於：晶體
• 有關：光波的偏振方向

簡介

晶體介質的折射率與光波的偏振方向有關，是各向異性的。科學家早就發現，一束入射光波在方解石（碳酸鈣晶體）中分解成兩束偏振方向互相垂直、折射角不同的光波。這種現象稱為雙折射。在各種晶體中普遍存在雙折射現象。

圖1：方解石的雙折射現象

產生雙折射現象的原因是，一條光線射到冰洲石上，會在冰洲石內產生兩條折射光線，如圖所示。自然界的晶體大多數都不同程度地產生雙折射，只是不及冰洲石那樣顯著，因而不容易觀察到。

理論詮釋

冰洲石的兩條折射光線中，一條光遵守普通的折射定律，稱作尋常光（或o光）；另一條光不遵守普通的折射定律，稱作非常光（或e光）。在冰洲石內，尋常光的傳播速度與傳播方向無關，是一個常量；非常光的傳播速度則是與傳播方向有關的變數。冰洲石內有一個特殊的方向，非常光沿這個方向傳播的速度等於尋常光的速度。這個方向稱作冰洲石的光軸。冰洲石的六個表面都是相同的菱形時，兩個鈍隅的連線便是光軸。

雙折射現象的明顯例子是方解石。透過方解石的菱面體就可以看到明顯重影。

產生雙折射現象可作如下解釋：自然光射到冰洲石上的每一點，都會在冰洲石內產生兩種子波：一種是球面波；另一種是以光軸為旋轉軸的旋轉橢球面波。根據惠更斯原理，子波的包絡面便是新的波面。因此，兩種子波便有兩種波面，即有兩種折射光。平行光斜入射到冰洲石的表面上，光軸在入射面內，射到A點的光在冰洲石內產生兩個子波面（球面和旋轉橢球面）；射到B點的光晚到一些，產生的兩個子波都小一些；這時射到C點的光剛到達冰洲石表面。作這些子波的包絡面CE和CF，則AE和AF就分別是A點產生的尋常光和非常光。

尋常光和非常光都是線偏振光。冰洲石內光線和光軸構成的平面稱作主平面。尋常光的振動（電場強度）垂直於尋常光的主平面；非常光的振動（電場強度）則在非常光的主平面內。

類型

永久雙折射

各向異性透明晶體如方解石、石英等的折射率，是其固有的特性，稱為永久雙折射。

暫時雙折射

有些物質（如玻璃、塑膠、環氧樹脂）通常是不發生雙折射的，但當它們內部有應力時就會出現雙折射現象 。還有些不發生雙折射的物質（如硝基苯、鈦酸鋇），在電場的作用下會出現雙折射，這種現象稱為暫時雙折射或人工雙折射。