晶体的光学双折射率对于矿物学、材料科学、光电子学等领域都有着重要意义,不仅对于矿物晶体类型的鉴定具有指导价值,也与新型晶体的研发、偏振光学器件的优化息息相关。光学双折射作为各向异性晶体的性质,由晶体的切面方向与主折射率决定,而传统方法对于双折射率的测量研究较多,但都在主折射率测量和切面方向测量上有一定局限性。本论文从全反射临界角法出发,提出一种旋转扫描测量法,实现了同时对晶体主折射率和切面方向的测量。论文首先讨论了现有的双折射率测量方法,对不同领域中应用的双折射率测量方法进行了分析与比较;接着提出了采用全反射临界角法对任意晶体进行旋转扫描测量方法,阐述了该方法的工作原理,并通过仿真解释了折射率曲线模式和晶体参数反演的可行性。根据旋转扫描法的工作原理,我们设计了晶体双折射率测量的实验系统,对系统中的关键部件进行了选型,包括光源、探测模块和接收器。针对双折射晶体反射的具有两道全反射临界角明暗界限的光斑,设计了图像处理算法和两界限提取的寻峰算法,以剔除由噪声和边界重叠带来的错误界限位置。对于测量所得的折射率曲线数据,设计了参数反演方法并给出了此种反演的不确定度传递矩阵。最后选择单轴晶体和双轴晶体两种类型的实验样品,进行了晶体双折射率测量的验证实验。实验结果表明,旋转扫描方法可以实现单轴、双轴晶体的主折射率、双折射率和切面方向的测量,也具有利用反演参数进行晶体类型鉴定的潜力。