双折射率定义
第5章--光的双折射及应用
电场E 可以分解为 x 两个矢量Ex和Ey ;
• 只有与偏振化方向
平行的Ey才能通过
偏振片
• 而与偏振片偏振化
方向垂直的Ex却在
可编辑 偏振片内被吸收。22
马吕斯（Malus）定律
如果透射到 P2 上的线偏振光的振幅为 E0，则从检偏
器 P2 射出的光的振幅为 E0cosq，其中q 为 P1 和 P2 的偏
ko 2π no 是寻常光传输常数；而非寻常光 E// 经历的相位变化是 2π ne L ，于是线性偏振入射光 E 分
解成的两个相互正交的 E// 和 E 分量通过相位延迟片出射时，产生与式（1.3.4）类似的相位差
2π
ne
no
L
的大小与入射角、延迟片厚度 L 和晶体类型 可编(n辑e no ) 有关。
波导，也存在双折射，使光纤正交偏振简并的特性受到破坏。 越大，拍长 LB 越短，即双折射现象越严重。
关于光纤双折射效应和偏振特性的进一步介绍见 2.5.3 节。
可编辑
12
5.2 双折射器件——偏振器件
• 在5.1节中，已介绍了光的双折射现象，即 一束非偏振光入射到各向异性晶体上时变 成两束偏振光——寻常光（o）和非寻常光 （e）。
位差
慢轴 z 光轴
非寻
常光
E//
E
入射光
E
寻常光
L
快轴
ne no E//
e y
o
E
x
ne =n3 z
y no x
因为 ne no ，所以在晶体中， E 偏振光要比 E // 偏振光传输得快些。所以，称与光轴平行的 z 轴是
珠宝鉴定——宝石鉴定基础2
§3 物理光学与晶体光学基础光波是一种电磁波，光波是横波。
自然光：一切从实际光源发出的光叫自然光。
或者说在黑体中任何物质加热发出的光叫自然光，发光时的温度叫色温，以K（绝对温度）表示，钻石颜色分级比色灯5500K-7200K。
特点：在垂直传播方向的任意方向振动，各方向振幅相等。
偏光：只在垂直传播方向的平面内的某一固定方向上振动的光波叫平面偏振光，简称偏光。
偏光通常利用光的双折射（尼科尔棱镜）或吸收作用（偏光片）产生特点：只在垂直光波传播方向的某一固定方向振动。
可见光波的波长为400-700nm（晶体光学390-770nm）宝石学常用（nm）晶体光学（nm）红 700-630&, ;, ;, ;nbs, p; 红 770-650橙 630-590橙 650-590黄 590-550黄 590-570绿 550-510绿 570-500青 510-480蓝 500-460蓝 480-450青 460-430紫 450-400紫 430-390波长与对应颜色及可见光波长范围记忆宝石学常用值即可。
入射线、折射线、反射线以及法线均在同一平面内。
反射：光从一种介质射到另一介质时，有一部分光在介质的界面处改变了传播方向，继续在原介质中传播，这种现象叫做光的反射。
主要由反射作用引起的特殊光学效应有：猫眼效应星光效应砂金效应折射：光波从一种介质进入另一种介质中传播时，因为两介质的密度不同，光在其中传播的速度也不同，致使光的传播方向发生改变，这种现象叫光的折射，即入射光线与折射光线不在同一直线方向传播。
折射定律：(1)折射光线总是在入射光线和法线所决定的平面里，并且和入射光线分居在法线的两侧；(2)N=Vi / Vr = Sini / Sinr相对折射率：N称为折射介质对入射介质的相对折射率。
绝对折射率：如果入射介质为真空或空气，则N值称为折射介质的绝对折射率，简称折射率。
衍射：波在同一均匀媒质里传播是沿直线方向进行的，如果在它的传播方向上遇到迎面挡住的孔或障碍物时，只要孔或障碍物不比它的波长大很多，这时波就会明显地绕到障碍物的后面或小孔的外面去（传播路径发生了弯曲）这种现象叫做波的衍射（绕射）。
什么是折射率
光在两介质中传播速率的比值称为折射率. 一般分为相对折射率和绝对折射率. 假若平面电磁波入射到两种均匀的各向同性介质的界面上，从第一种介质入射到界面的波将分成两个波，一股透入第二种介质，方向发生改变，称为折射波. 第二股反射回第一种介质，称为反射波.光波从第一种介质透入第二种介质后方向发生改变的现象称为光的折射. 如图所示，θi ，θt 分别称为入射角和折射角. 以v 1、v 2分别表示光在介质1和2中的速率. 入射线、折射线和界面的法线位于同一平面上，并且有1221sin sin n v v t i ==θθ，这就是折射定律.n 12是与入射角θi 无关的常数，它的值与光的频率有关. n 12称为由介质1向介质2折射的相对折射率。
绝对折射率表示光从真空(或空气)中射入某种媒质时发生偏折程度的数值。
常用n 表示。
绝对折射率数值等于入射角正弦值与折射角正弦值的比值。
或等于真空中的光速与在媒质中的传播速度的比值. 若以n1和n2分别表示介质1和2的绝对折射率，那么折射定律可写为12sin sin n n t i =θθ.折射定律是1621年Snell 首先从实验上建立起来的，所以也称为Snell 定律. 折射率n 与介电常数ε及磁导率μ之间的关系由Maxwell 公式εμ=n 给出.n 与光频率ω的关系称光的色散关系.对于电导率σ不为零的介质，其折射率应由复折射率n c ＝n-ik 表示，这里n 就是我们前面说的透明介质中的折射率.而k 称为消光系数，它与吸收系数α的关系为α=2ωk/c ，这里c 是真空中的光速.这时n 和k 与介质的σ和ε等的关系可表示为⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=14121141212/1222/122ωεπσεωεπσεk n当光在各向异性的晶体材料中传播时，由于介电常数ε为一个二级张量，由Fresnel 方程知，对某一给定的波法矢，允许有两个独立的平面波在各向异性介质中传播，这两个波有不同的折射率，不同的相速度和不同的偏振态，而且两个偏振方向互相垂直，这就是双折射现象. 光在各向异性介质中的折射率，可用折射率椭球来形象地描述.为了更好的理解折射率，我们需要从微观的角度了解折射率的本质。
偏光显微镜法测双折射率 原理
偏光显微镜法测双折射率原理
偏光显微镜法是一种常用的测量物质双折射率的方法。
它的原理是利用偏光镜的特性，通过观察物质在不同偏光方向下的光线偏转情况，来得到物质的双折射率。
具体来说，偏光显微镜法需要使用一台偏光显微镜和一些样品。
将样品放置在显微镜的观察平台上，并在样品上方放置一个偏光镜。
偏光镜可以调整其偏光方向，以使其与样品的主轴方向垂直或平行。
当偏光镜的偏光方向与样品主轴方向垂直时，观察到的是样品的快轴和慢轴两个方向的光线，它们经过样品后会发生不同程度的偏转。
此时，样品的双折射率可以通过计算快轴和慢轴的折射率差来得到。
当偏光镜的偏光方向与样品主轴方向平行时，观察到的是样品沿主轴方向的光线。
此时，样品的双折射率等于0，因为光线不会发生偏转。
通过偏光显微镜法可以快速、准确地测量物质的双折射率，并可用于研究材料的光学性质、晶体结构等方面。
- 1 -。
自然光经过双折射晶体但没有双折射现象形成的原因
自然光经过双折射晶体但没有双折射现象形成的原因
针对自然光经过双折射晶体但没有双折射现象形成的原因，我们要了解双折射的物理机理及其形成的条件。
双折射是指一种物体经过某种界面时，其中的辐射（如光线）在物体界面之间折射，形成两个不同的射线。
这种折射是由物质的原子与分子之间的电子引起的。
因此，才会把光分成两束，分别沿着不同的路径向前运动。
而这种双折射现象只有满足一定的条件才会发生，首先，勒克诺定律规定了物体双折射现象发生时，物体表面之间的介质对折射率的比值必须小于特定的值，其次，双折射率也必须符合选择规则。
如果双折射率的不同，则不会出现双折射现象，甚至未必有折射现象。
所以，当自然光经过双折射晶体，而又没有出现双折射现象，原因可以是介质之间折射率比值大于特定值，或者未能满足选择规则，导致光线穿过前后两块物质时，没有形成双折射现象。
一轴晶光率体切面及特点
二轴晶正光性光率体切面 及特点
垂直于光轴切面（垂直于OA）：圆切 面，半径为Nm。相应的折射率为Nm， 双折射率为零。 平行于光轴切面（平行于Ap）：椭圆 切面，长短半径分别为Ng和Np；相应 的折射率值分别为Ng和Np，双折射率 值等于（Ng—Np），为二轴晶矿物最大 双折射率。 垂直于Bxa的切面 椭圆切面 正光性：相当于主轴面NmNp面，长短 半径为Nm和Np，相应折射率分别等于 Nm和Np，双折射率等于（Nm—Np）， 其大小介于零与最大双折射率之间。
P
P
P
P
A
（a）光率体的长短半径与上下偏光镜震动方向平行，消光
A
(b) 转动载物台45°，长短半径和偏光镜震动方向成45°夹角
A
一级 橙黄
A
二级 蓝
P
P
P
P
A
(c) 加入云母试板，异名半径平行，干涉色降低
A
(d) 加入云母试板，同名半径平行，干涉色升高
图1－4－15 非均质体矿片上光率体椭圆半径方向和名称的测定
多色性公式 吸收公式 正吸收
反吸收
反之， Np ＞Nm＞ Ng
多色性划分为三个等级
多色性极明显：黑云母
Ng = Nm 为黑色
Np = 浅绿褐色
多色性明显：角闪石
Ng = 深绿、深蓝绿， Nm=绿 、黄绿， Np=浅绿、浅黄绿
多色性不太明显：紫苏辉石
具弱多色性：Np =淡红； Nm =淡黄： Ng =淡绿
二、干涉色级序的观察与测定
（一）楔形边法
三级蓝
红 橙 黄 白 灰 红
红 灰
图1－4－16 矿片楔形边缘的干涉色圈
（二）利用石英楔测定干涉色级序 （1）转动载物台使矿片消光 （2）转至45°位 （3）插试板至消色，若不消色则再转物台90° （4）抽出试板，在抽出过程中计算矿片出现红色的次数
DB53T537-2013南红玛瑙
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。 3.1
南红玛瑙 南红玛瑙是主产于云南省保山市，以二氧化硅（SiO2）为主的隐晶质集合体，含微量元素铜（Cu）、 铁（Fe）、钛（Ti）、铝（Al）等，主体颜色色调为红色，可见红色小球微粒，常有白色斑点或条带， 780nm≥主波长≥580nm，红外光谱（700—800）cm-1有吸收峰，通常为760cm-1，摩氏硬度6.5～7，密度 （2.60～2.70）g/cm3,折射率：1.535～1.539，点测法1.53或1.54。 3.2 主波长 当规定的无彩色刺激和某单色光刺激以适当的比例相加混色时，与试验色刺激达到色匹配，则该单 色波长为主波长，主波长以λd表示。
DB53/T 537—2013
7 鉴定标称：石英
7.1.2 材料性质
化学成分：以二氧化硅（SiO2）为主，含微量元素铜（Cu）、铁（Fe）、钛（Ti）、铝（Al）等。 结晶状态：隐晶质集合体，呈致密块状，呈同心层状和不规则的条带状。 常见颜色：以红色为主，常有白色斑点或条带。 光 泽：油脂光泽至玻璃光泽。 解 理：无解理，不平坦状断口。 摩氏硬度：6.5～7。 密 度： (2.60～2.70)g/cm3。 光性特征：隐晶质集合体。 多 色 性：集合体不可测。 折 射 率：1.535～1.539，点测法1.53或1.54。 双折射率：集合体不可测。 紫外荧光：通常无。 吸收光谱：不特征。 放大检查：隐晶质结构，可见红色小球微粒、矿物包体，常有白色斑点或条带。 特殊光学效应：不特征。 主波长：780nm≥λd≥580nm 。 红外光谱：（700～800）cm-1 有吸收峰，通常为760cm-1。
高分子材料的光学性能
设光的总能量流w为 W = W′+ W″ W， W′，W″分别为单位时间通过位面积的入射光、反射 光和折射光的能量流。 则反射系数（反射率）m = W′/ W 或 m = 被反射的光强度 / 入射光强度 当角度很小时，即垂直入射时:
如在玻璃表面涂以对红外线反射率高的金属膜（An、Cu、Ag、Cr、Ni等），用作建筑物反射太阳能的隔热玻璃，可以调节室内空调的能力，并增加建筑物外表的美观——热反射玻璃。
实例：
当光从介质射入空气的入射角与光在介质－空气界面的折射率呈下列关系时： sini1＞1/n，就会发生内反射，即光线不能射入空气，而全部折回介质。对大多数聚合物来说，n≈1.5，i1最小为42°。光线在聚合物内全反射，会使透明聚合物显得格外明亮，利用这一现象可以将透明聚合物制成发亮的制品，如车的尾灯、交通标志等；也能纺丝做成光纤使用。
紫外区（10～400nm）
一般认为在红外区的吸收是属于分子光谱。吸收主要是由于红外光（电磁波）的频率与材料中分子振子（或相当于分子大小的原子团）的本征频率相近或相同引起共振消耗能量所致。即在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
折射率随频率的减小(或波长的增加)而减小。
色散
对于一枚镜头而言，不同波长光的焦点位置实际上是不一样的，这必然导致很多成像问题，其中之一就是色散。
2.色散的表示方法
（2）色散系数νD：也叫阿贝数、色散倒数或倒数相对色散，这是最常用的数值 ；阿贝数越小色散现象越严重。
（1）平均色散：nF－nC，有时用Δ表示 nF：是指用氢光谱中的F线（λF=486.1nm，蓝色）为光源测出的折射率。 nC：是指用氢光谱中的C线（λC=656.3nm，红色）为光源测出的折射率。
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双折射率定义
双折射是指在某些晶体或液体中，光线在传播过程中产生两种波源的现象。
双折射率定义了这种现象的程度，即光线相对于晶体或液体传播时速度和方向的差别。
双折射率是描述双折射现象的重要物理参数，对于研究光学性质和材料特性具有重要意义。
双折射率的定义并不复杂，它是一个描述光的速度在晶体或液体中传播时的差别的物理量。
具体而言，双折射率是指在晶体或液体中，光线在传播过程中出现两个不同的折射率，分别对应于两个不同的传播方向。
这种现象的具体表现是，当光线垂直入射到晶体或液体中时，会分裂成两束波源，分别按照不同的速度和方向传播。
这种现象最早被发现在17世纪，当时科学家们对双折射现象进行了初步的实验和观察。
双折射率在实际应用中有着广泛的用途，例如在显微镜和光学仪器中的应用。
通过测量材料的双折射率，可以了解材料的晶体结构和光学性质，为材料性能的研究和应用提供重要的参考。
双折射率还可以用来判断晶体的对称性，为晶体结构研究提供重要的线索。
双折射率的大小和方向取决于晶体或液体的晶体结构和光学性质。
一般来说，晶体的对称性越高，双折射率就越小；而晶体的对称性越低，双折射率就越大。
此外，材料的晶体结构也会影响双折射率的方向，不同的晶体结构可能导致双折射率在不同方向上的变化。
双折射率的研究不仅可以帮助我们更好地了解材料的特性，还可以为
材料的设计与制备提供重要的指导。
例如，通过控制晶体结构和成分，可以调控材料的双折射率，从而实现一些特殊的光学效应和性能。
在光通信、激光加工、光学传感等领域，双折射率的研究都具有重要的应用价值。
除了晶体和液体之外，一些复合材料和光学器件也具有双折射现象。
这些材料通常具有特殊的结构和性质，可以通过调控材料的成分和处理工艺，来实现对双折射率的控制。
例如，某些光学器件可以利用双折射率的差异来实现光的分束、偏振调制等功能，为光学通信和成像提供重要的支持。
总的来说，双折射率作为描述光在晶体或液体中传播时的物理量，对
于研究光学性质和材料特性具有重要的意义。
通过测量和控制材料的双折射率，可以实现一些特殊的光学效应和性能，为材料的研究和应用提供重要的支持。
未来随着科技的不断进步和发展，双折射率的研究将会越来越深入，为光学器件和光学通信领域的发展带来新的机遇和挑战。