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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 。[1]

目錄

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。

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1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量。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。

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、塑料、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。

視頻

雙折射 相關視頻

實驗演示雙折射現象
第2章 第2節 1 光學玻璃雙折射測量

參考文獻

  1. 動圖欣賞:方解石雙折射 ,搜狐 ,2019-01-13