什么是雙折射現象

一般的光學材料都是均勻的各向同性的，也就是說無論光從哪個方向穿過材料，其折射率都保持一致。對于單軸材料來說，例如方解石 (Calcite)，其晶軸定義了材料的對稱軸。這類材料對光線的偏折能力隨入射光的偏振態(tài)及入射光與晶軸的夾角不同而不同。因此對于任意一束光，兩個正交的偏振態(tài)下可能存在不同的折射角。這種現象稱為光的雙折射。

光線在雙折射材料中的折射總是遵循斯涅耳定律 (Snell`s Law) 的，但是材料中的有效折射率與入射光的偏振態(tài)和入射方向與晶軸夾角相關。其中“尋常光 (Ordinary)”的折射角由下式定義：

其中no為尋常光的折射率，這是斯涅耳定律的一般形式。“非尋常光 (Extraordinary)”的折射角由下式定義：

該式同樣遵循斯涅耳定律，但是此時的折射率是角度θw的函數，該角度表示晶軸向量a和折射光波矢k的夾角。

光線向量S指向能量傳播方向。在普通材料中，光線向量S與波矢k為同一向量，此時我們使用k表示。但在雙折射材料中，光線向量S與波矢k的方向存在較小的夾角，因此需要單獨考慮。其中向量S和k與晶軸向量a共面且滿足：

非尋常光的有效折射率由下式定義：

其中ne為非尋常折射率。