双折射

所以描述光的麦克斯韦方程组为【10】：

光波能量的传播方向是沿着引起视觉效应或其他光化学效应的方向，对人的眼睛或感光仪器起作用的是电场强度矢量E【10】，所以光线方向实际上就是电场强度矢量E的传播方向。波矢k的方向代表波动的形式或者说振动相位的传播方向，它始终垂直于波阵面(即等相面)。由麦克斯韦方程式

可看出介质中的电磁波不仅

包含电磁场的运动，还应包含束缚电子的运动，可以说这种电磁波的状态(相位)，应由D的状态来表示，所以波矢量k的方向实际上就是电位移矢量D的传播方向。 3.2 晶体中的介电张量和物质方程

在各向同性的线性介质中，电位移矢量D与电场强度矢量E之间是一简单的比例关系

，此式表明在各向同性介质中，D与E

的方向总是一致的，D与E的关系被一线性方程组所反映这可用矩阵

表示出

其中个矩阵元构成了介质的介电张量，它

反映了各向异性介质的电学性能。晶体中总存在3个互相正交的特殊方向(x，y，z)，使得介电张量“对角化”，即

这3个方向称为晶体的主轴方向，主轴方向由晶格的结构确定【11】。因此，用主轴坐标系，ε可以表示为

式(7)中

称为主电容率。

则是主轴坐标系的基

矢．即ε是二阶对称张量，因此，对于各向异性晶体来说，在线性光学范围内，物质方程为：

式(8)中ε是电容率张量，

是真空磁导率。

(7)(8)式表明，除3个主轴方向外，各向异性晶体内D与E不同向，这就是电的各向异性。 (8)式中，各向异性晶体的磁导率在可见光范围内等于真空磁导率

由(8)(9)式可见，各向异性晶体的

基本光学现象来源于电的各向异性，而不是磁的各向异性。

对于某些特殊的介质，介电张量中可以有两个元素相等，如

则(6)式可表为

式中

表示垂直于z轴的分量。这种介质有一个特殊的坐

标方向（z轴)，单轴晶体就是这种介质，这个特殊的方向就是光轴。由(3)(4)式看出：在单轴晶体中若D只有

则D与E

平行，这种情况与各向同性介质质相似。若D同时有两种分量，则D与E不平行，呈现出各向异性介质的特点【12】。 3.3 电磁场的能量密度和能流密度

根据电磁场的能量守恒定律和麦克斯韦方程组，电磁场的能量密度w和能流密度S分别为

式(13)中u是电磁场能量流动的速度。电磁场的能量密度w是它的电场能量密度

4晶体中的单色平面电磁波 4.1 波动表达式

考虑在各向异性晶体中传播的最简单的光，单色平行光，它就是单色平面电磁波，其表达式为【13】：

4.2 磁场能量密度和电场能量密度