通过双折射晶体(有很多自然界的晶体，如方解石(又名冰洲石)，石英(又名水晶))等等，当自然光入射后，分解为二束偏振光，故名双折射晶体。以方解石为例，通过三个钝角汇合的顶角并和三面成等角的方向称光轴，光沿光轴方向传播，不产生双折射，沿其他方向，都产生双折射。以包含光轴并与棱体自然裂开面垂直的一个截面为例，这截面称主截面。自然光在主截面内分解为寻常光(简称 o 光)、非常光(简称 e 光)。o 光遵守折射定律，垂直通过晶体，其偏振垂直主截面;e 光不遵守折射定律，偏离 o 光而出射，其偏振平行主截面。这两偏振光进入空气中后，为方便计，仍称 o 光与 e 光。o 光与 e 光相距很近，如光束较粗，无法分开。为了只要一种偏振光，需采用以下棱镜。

取长为宽约三倍的方解石， 将两端面磨去一部分，使在主截面上锐角由 71° 减到 68°。再将晶体沿着短对角线切开，一分为二。再将切开面磨平抛光，然后再用加拿大树胶粘合在一起。对于钠黄光 λ=5893┱，e 光折射率为 ne=1.48641，o 光折射率 no=1.65836，而加拿大树胶折射率为 nc=1.550，介乎二者之间。当自然光从端面入射棱体，到达树胶层斜面，由于 e 光折射率小，可以透过。而 o 光折射率大，到达树胶层时入射角大于全反射角，被树胶层全反射到边缘，被黑色涂层吸收。透到空气中只有 e 光，其偏振从出射方向的晶体端面看，是平行端面的短对角线的。入射、出射光束的发散角不能很大。出射光束发散角最大在 24° 左右，视所用光的波长而定。再大会使 o 光在一边透过，e 光在另一边全反射，使偏振不纯。在紫外线区工作，要将加拿大树胶换以甘油或蓖麻油。尼科耳棱镜的缺点是，由于两端是斜面，入射光与透射光不在一条直线上，当转动棱镜时，透射光线随着转动而移动,接收处的位置要随着调动，很不方便。

将方解石或石英磨成光轴平行棱边的直角三棱镜两块，再用加拿大树胶粘合。两棱镜中也可夹一空气薄层。光从端面垂直入射，o 光在胶面上全反射，而 e 光能透过。由于光垂直入射端面，反射较小，透射光强。并且转动棱镜，出射像可保持没有横向移动。

将方解石磨成三块三棱镜，然后粘合在一起，通光面积比格兰-汤普森棱镜大。空间的发散角约 26°。有些高级的偏光显微镜的上、下偏光镜，常用这种棱镜。

双像棱镜同时产生 o、e 两种偏振光。但它们的分离的角度比天然方解石棱体的 o、e 光较大。两光可以同时用，亦可分开用。