寻常光和非常光

在各向同性介质中传播的光，它的速率与其传播方向无关，也与光的偏振状态无关。例如观察一束通过玻璃、石英等各向同性介质的光，可以看到它的折射光只有一束。对于光学各向异性介质，情况有所不同。一束光通过方解石晶体（CaCO3）等各向异性介质时，对应一束入射光可能观察到两束折射光，这种现象称为双折射，如图16－4－1所示。它是1669年巴托里奴斯发现的。

一束平行自然光正入射到方解石晶体的一个表面上，在另一表面有两束光出射。如果在不同的入射角下进行实验，可以发现晶体内的两束折射光中的一束总符合通常的折射定律，即折射率为一常数。但是另一束光不遵从通常的折射定律，对于不同的入射角，它的折射率不同，且此折射光不一定在入射面内。通常把晶体内前一种折射光称为寻常光（简称o光），后一种折射光称为非常光（简称e光）。需要特别注意的是，o光和e光只对双折射晶体内部而言才有意义。

利用偏振片来检验双折射中的两束出射光，会发现这两束光都是线偏振光。在一定条件下，两束光的振动方向相互垂直。

图16－4－1 双折射

图16－4－2 方解石晶体的光轴

由实验知道，当光在方解石晶体中沿一特殊方向传播时，o光和e光不分开，它们在该方向具有相同的传播速度。这个特殊的方向称为晶体的光轴。图16－4－2表示一典型的方解石晶体，它的棱边可为任意长度，但每个面均为平行四边形，一对锐角α为78°05′，一对钝角β为101°55′。由三个钝角相会合的两个顶角中任一个引出一条直线，使其与晶体各棱边成等角，它的方向就是晶体光轴O O′的方向。显然，在晶体中与此直线平行的任何直线都是光轴。有一个光轴方向的晶体称为单轴晶体，例如方解石、石英、冰等。有两个光轴方向的晶体称为双轴晶体，如云母、硫黄等。下面只讨论单轴晶体。

光线在晶体的表面上入射，此界面的法线与晶体的光轴所构成的平面称为主截面。当入射面与主截面重合时，两折射光均在入射面内。此时用检偏器可以判定，o光的电矢量振动方向垂直于主截面，e光的电矢量振动方向平行于主截面。此时o光和e光的振动方向相互垂直。