Kryształy dwójłomne

Przeźroczyste kryształy nie należące do ukł. regularnego, czyli wyraźnie optycznie anizotropowe, wykazują właściwość zwaną podwójnym załamaniem. Polega ona na tym, że promień padający na taki kryształ po załamaniu na powierzchni granicznej ulega rozdzieleniu na dwa promienie. To zjawisko łatwo zademonstrować. W tym celu wytwarzamy równoległą wiązkę światła stosując np. przysłonę zaopatrzoną w niewielki otworek kolisty i oświetloną silnym źródłem światła L umieszczonym w płaszczyźnie ogniskowej soczewki zbierającej S (rys. 1).

Rys. 1 Podwójne załamanie światła w płytce szpatu islandzkiego (L - źródło światła, S- soczewka P1,P2 - przysłony, K - płytka szpatu, E -ekran, e - promień nadzwyczajny, o - promień zwyczajny)

Z soczewki wychodzi wówczas równoległa wiązka promieni ograniczona przez kolisty otwór w przysłonie P₁. Za pomocą otworu w przysłonie P₂ wybieramy z tej wiązki wąski pęczek reprezentujący pojedynczy promień. Jeśli na drodze tego promienia ustawimy prostopadle płasko - równoległą płytkę szklaną o dowolnej grubości, promień przejdzie przez nią bez zmiany kierunku i na odpowiednio ustawionym ekranie zobaczymy pojedynczą plamkę świetlną. Jeżeli natomiast na drodze promienia ustawimy płasko - równoległą dostatecznie grubą płytkę K wyciętą z przeźroczystego kryształu szpatu islandzkiego, plamka na ekranie ulegnie rozdwojeniu. Można jednak wykazać, że dla kryształu szpatu islandzkiego, istnieje pewien wyróżniony kierunek taki, że światło biegnące wewnątrz płytki nie ulega podwójnemu załamaniu. Ten wyróżniony kierunek nazywamy osią optyczną (falową) tego kryształu.

Dwa promienie światła powstające przy podwójnym załamaniu w płytce szpatu islandzkiego nie zachowują się jednakowo (rys.2).

Rys. 2 Różnica zachowania się promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego (L - źródło światła, P1,P2 - przysłony, K - obracająca się płytka ze szpatu islandzkiego S- soczewka, E -ekran, e - promień nadzwyczajny, o - promień zwyczajny)

Jeżeli będziemy obracać płytkę dokoła kierunku padającego promienia, zauważymy, że z dwu powstających na ekranie E plamek jedna, ta która leży na przedłużeniu promienia padającego, pozostanie przy obrocie płytki nieruchoma, druga zaś przy pełnym obrocie płytki opisuje dokoła pierwszej okrąg. Wiązkę nieruchomą nazywamy zwyczajną o, wiązkę ruchomą ­- nadzwyczajną e.

Badając załamanie światła zaobserwujemy na ogół stosunki przedstawione na rys.3.

Rys. 3 Promień zwyczajny o i nadzwyczajny e w szpacie islandzkim.

Promień zwyczajny o leży, w płaszczyźnie padania i zachowuje się zgodnie ze zwykłym prawem załamania światła

sin/sin = n

gdzie: a - kąt padania; b - kąt załamania; n - współczynnik załamania.

Według falowej teorii światła

n = v/v₀

gdzie: v i v₀ oznaczają szybkości światła w powietrzu i w ośrodku łamiącym.

Współczynnik załamania promienia nadzwyczajnego n_e określamy jako stosunek szybkości światła w powietrzu v do szybkości v_e promienia nadzwyczajnego w krysztale

n_e = v/v_e

Jeśli fala biegnie w kierunku osi optycznej, szybkości promieni nadzwyczajnego i zwyczajnego są równe, a więc

v_e = v₀

Jeśli natomiast promień nadzwyczajny jest prostopadły do osi optycznej, jego szybkość ma wartość v_e. Dla każdego innego kierunku szybkość promienia nadzwyczajnego zawarta jest między v₀ i v_e. Wobec tego współczynniki załamania promieni nadzwyczajnych mogą przybierać różne wartości, zależnie od kierunku rozchodzenia się tego promienia, w granicach od n₀ do n_e.

Kryształy dwuosiowe

Przezroczyste kryształy należące do układów: trójskośnego, jednoskośnego i rombowego również załamują światło podwójnie, załamanie to ma jednak charakter jeszcze bardziej złożony nit dla kryształów jednoosiowych. Kryształy te nazywamy dwuosiowymi.

Jako przykład kryształu dwuosiowego weźmy aragonit. Wiązka światła padająca m kryształ artgonitu ulega w nim rozszczepieniu na dwie wiązki biegnące na ogół z różnymi szybkościami. Pokazuje się przy tym, że żadna z tych wiązek nie podlega zwykłym prawom załamania; obie zachowują się jak wiązki nadzwyczajne w krysztale jednoosiowym. W aragonicie, jak w każdym krysztale dwuosiowym, istnieją jednak dwa wyróżnione kierunki, dla których szybkości obu promieni są jednakowe. Kierunki te nazywamy osiami optycznymi kryształu, Kąt między tymi osiami kryształu może się zmieniać w bardzo szerokich granicach. Może on zresztą zależeć od temperatury i długości fali światła.

Prócz osi optycznych promieni wyróżniamy w krysztale dwie dwusieczne: dwusieczną kąta ostrego nazywamy pierwszą dwusieczny, dwusieczną kąta rozwartego pomiędzy osiami optycznymi - drugą. Prosta prostopadle do płaszczyzny osi nosi nazwę normalnej.

---