Двойным лучепреломлением называется явление разложения естественного светового луча на два луча плоскополяризованного света (обыкновенный и необыкновенный) при прохождении естественного света через анизотропные кристаллы.
Двойное лучепреломление при нормальном падении луча света на поверхность кристалла показано на рисунке: обыкновенный луч, как следует из закона преломления, проходит, не преломляясь, необыкновенный преломляется.
Анизотропными кристаллами называются кристаллы, оптические, механические, электрические и другие свойства которых зависят от направления в кристалле (например, исландский шпат, кварц, турмалин и др.).
Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет, и оба луча (обыкновенный и необыкновенный) распространяются с одинаковой скоростью, называют оптическими осями кристалла. Если такое направление одно, то кристаллы называют одноосными.
Плоскость, проходящую через падающий луч и оптическую ось, называют главной оптической плоскостью. На рисунке показано, что обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной оптической плоскости, необыкновенный – в главной оптической плоскости, т.е. эти лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах: амплитуды вынужденных колебаний зависят от направлений этих колебаний.
Ход обыкновенных и необыкновенных лучей в кристаллах можно наглядно представить с помощью волновых поверхностей. Предположим, что внутри кристалла произошла световая вспышка и во все стороны распространяются две волны: обыкновенная и необыкновенная. В некоторый момент времени их волновые поверхности займут положение, изображенное на рисунке (а - для положительных кристаллов, б – для отрицательных). Сферы соответствуют обыкновенным волнам, имеющим по всем направлениям одинаковую скорость, эллипсоиды – необыкновенным волнам, скорость которых зависит от направления. Вдоль оптических осей скорость обыкновенной и необыкновенной волн одинакова и равна: vo =c/no, где no – показатель преломления обыкновенного луча, имеющий разное значение для различных кристаллов.
Для положительных кристаллов ve≤vo, для отрицательных – ve ≥ vo. Наибольшее различие скоростей обыкновенная и необыкновенная волны имеют в направлениях, перпендикулярных оптической оси. Для этих направлений вводят показатель преломления необыкновенного луча ne. У исландского шпата (отрицательный кристалл): no = 1,6584; ne = 1,4864 (для желтой линии натрия с λ = 589,3 нм), у кварца (положительный кристалл): no = 1,5442 ne = 1,5533 (для той же длины волны).
Некоторые другие кристаллы наряду с двойным лучепреломлением способны поглощать один из лучей сильнее, чем другой. Это явление называется дихроизмом.
