双折射

现象与定义

双折射指一条入射光线进入介质后产生两条折射光线的现象。这两条折射光的振动方向互相垂直；在一般传播方向上，它们在同一介质中的传播速度和折射率不同。因此，双折射本质上是介质对不同偏振方向的光呈现不同传播响应的各向异性光学现象；但各向异性并不保证任意传播方向都产生两条分离光线或两个不同折射率，例如单轴介质沿光轴传播时两本征偏振模退化。

两条折射光：o 光与 e 光

在方解石等双折射晶体中，两条折射光分别称为 o 光（寻常光）和 e 光（非寻常光）。o 光与 e 光的偏振方向互相垂直，在横截面上表现为两个正交的振动方向。在一般传播方向上，二者传播速度和折射率不同，经过同一段介质后会产生相位差，这是后续偏振调制与干涉读出的基础；沿光轴传播时两模退化，不产生这种双折射相位差。

偏振方向与偏振态

双折射把“偏振方向”与“传播速度/折射率”联系起来：不同偏振方向对应不同的折射率，因而对应不同的相位延迟。当入射光含有多个偏振分量时，介质会分别以不同速度传播这些分量，使出射光的偏振态相对于入射光发生改变。

应力双折射与光弹效应

某些原本各向同性的透明物体在受到应力作用时会产生双折射，称为应力双折射，也称光弹效应。其物理含义是：应力使材料内部产生各向异性，从而对不同偏振方向的光给出不同的折射率。应力分布不同，各处的双折射程度不同，出射光的相位延迟也不同。

偏振调制与光弹读出

利用应力双折射进行测量的典型光路为：白光依次经过偏振片1、受应力作用的透明物体、偏振片2，最后形成干涉图样。偏振片1使入射光成为线偏振光；受应力物体因应力双折射使不同偏振分量产生不同相位延迟；偏振片2作为检偏器，使两偏振分量发生干涉。由于相位延迟随应力变化，干涉图样呈现彩色条纹，条纹分布反映物体内部的应力分布。由此实现以偏振调制方式读出应力信息。

符号、单位与条件

折射率无量纲；传播速度单位为 m/s；相位差通常以弧度或度表示；应力单位为 Pa。上述双折射描述适用于光在相应各向异性介质中传播的情形；应力双折射的偏振调制与光弹读出适用于透明受应力物体置于两偏振片之间的测量条件。