在外电场作用下，液体就成为光学上的单轴晶体，其光轴同电场方向平行。通常的作法是：把液体装在玻璃容器中，外加电场通过平行板电极作用在液体上，光垂直于电场方向通过玻璃容器，以观察克尔电光效应。这种装置称为克尔盒。这时两个主要折射率n0与ne，分别称为正常与反常折射率。容器中的液体称为正或负双折射物质，取决于ne-n0值的为正或负。
入射光通过克尔盒后，分裂成两个分别以相速с/n0与с/ne传播的线偏振光（с是真空中的光速），其偏振方向（电矢量方向）分别与外加电场垂直或平行。相速之差引起这两个偏振光之间的相位差δ。如果入射光是波长为λ0的单色光，则
式中x是光通过电场作用下媒质的程长，即平行板电极的长度。
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