双折射是什么?

发表的维克多argueta

在之前的文章中,我们解释了材料的概念折射率在光学设计的背景下。然而,我们没有回顾的是,许多材料有两种、三种(甚至更多)不同的折射率,这取决于光的方向和偏振。

这是我们称之为双折射的一些材料的一种非常有趣(通常也不受欢迎)的行为。例如,假设你有一块石英,你看到它后面的文字。在某些情况下,可以两次看到相同的文本,有点像原始文本的幽灵图像。


calcite.png

光线被分成两部分,每一部分代表一个偏振,每一部分都携带着图像的一部分。我们可以把它想象成一个分束器,但它不是以90度分割图像,而是只分割了几个度。这叫做双折射。


这可能是非常不受欢迎的,但也有可能利用它为我们的优势。让我们试着理解一些双折射的来源。


双折射的来源

压力

这在一些塑料中很常见,当它们被弯曲或拉伸时可以观察到。一些塑料在偏振光照射下会显示出一些颜色,这取决于应力的水平,如图所示。(查看我们关于如何建造你自己的偏光镜的帖子为例)


克尔效应。

有些材料在电场存在时改变其折射率


法拉第效应。

与克尔效应的概念相同,但折射率的变化是由磁场的存在引起的。


液晶

许多液晶呈不规则形状——很多时候呈棒状,可以通过电场定向。由于这种不规则的形状,液晶呈现双折射,这取决于光通过分子的传播方向。


plasticStress.png

应用程序


双折射有几种应用。它可以用来发现制造过程中的缺陷,或识别通过注射成型制造的塑料结构的弱点。


将线偏振光转化为圆偏振光,将圆偏振光转化为线偏振光,在光通信中也被广泛应用。利用法拉第旋转器制作了光学循环器,利用双折射原理设计了许多非线性光学器件。


在眼科,它被用来检测中央凹的变形,而在皮肤科,它被用来检测某些类型的皮肤损伤。


此外,利用克尔和法拉第效应可以设计有源光学元件。



结论


有关于双折射效应的教科书和围绕双折射效应建立的工业(如液晶显示器)。当双折射出现在意想不到的地方时,它可以表明制造问题和材料应力,但当得到控制时,它可以被有效地使用。


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