Двойное лучепреломление. Существует ряд кристаллов (кальцит, кварц, и т.п.), в которых луч света, преломляясь, расщепляется на два луча с разными свойствами. Кальцит (исландский шпат) представляет собой кристалл с гексагональной решеткой. Ось симметрии шестиугольной призмы, образующей его ячейку, называется оптической осью. Оптическая ось – это не линия, а направление в кристалле. Любая прямая, параллельная этому направлению, также является оптической осью.
Если вырезать из кристалла кальцита пластинку так, чтобы ее грани были перпендикулярны оптической оси, и направить луч света вдоль оптической оси, то никакие изменения в нем не произойдут. Если же направить луч под углом к оптической оси, то он разобьется на два луча (рис. 4), из которых один называется обыкновенным, второй – необыкновенным.
Рис. 4. Двойное лучепреломление при прохождении света через пластинку кальцита. MN –оптическая ось.
Как обыкновенные, так и необыкновенные лучи поляризованы. Согласно принципу Гюйгенса, при двойном лучепреломлении в каждой точке поверхности волны, достигающей границы кристалла, возникает не одна, как в обычных средах, а одновременно две элементарные волны, которые и распространяются в кристалле.
Скорость распространения одной волны по всем направлениям одинакова, т.е. волна имеет сферическую форму и называется обыкновенной. Скорость распространения другой волны по направлению оптической оси кристалла одинакова со скоростью обыкновенной волны, а по направлению перпендикулярному к оптической оси, от неё отличается. Волна имеет эллипсоидную форму и называется необыкновенной (рис.5).
Рис. 5. Распространение обыкновенной (о) и необыкновенной (е) волны в кристалле при двойном лучепреломлении.
Призма Николя. Для получения поляризованного света пользуются поляризационной призмой Николя. Из кальцита выкалывают призму определенной формы и размеров, затем ее распиливают по диагональной плоскости и склеивают канадским бальзамом. При падении светового луча на грань вдоль оси призмы (рис. 6) необыкновенный луч падает на плоскость склейки под меньшим углом и проходит, почти не изменяя направления. Обыкновенный луч падает под углом большим, чем угол полного отражения для канадского бальзама, отражается от плоскости склейки и поглощается зачерненной гранью призмы. Призма Николя дает полностью поляризованный свет.
Рис. 6. Призма Николя. Схема прохождения обыкновенного и необыкновенного лучей.
Таким образом, поляризаторы обладают способностью пропускать световые волны с колебаниями вектора 
(и соответственно 
), лежащим в одной определенной плоскости:
Убедиться в том, что свет, прошедший через призму Николя, оказывается плоскополяризованным можно с помощью второй призмы, играющей анализатора – устройства, с помощью которого можно обнаружить положение плоскости, в которой происходит колебания вектора 
в линейно – поляризованном свете.
Рассмотрим прохождение света через систему поляризатор – анализатор:
анализатором.
Рис.7. Схема прохождения света через систему поляризатор-анализатор (П – поляризатор, А – анализатор, Э – экран).
Интенсивность света, вышедшего из анализатора, определяется по закону Маллюса: 
где, 
– угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.
Как видно из закона, при повороте анализатора относительно луча падающего плоскополяризованного света, интенсивность вышедшего света изменяются от 
до 
.
Дихроизм. Существуют кристаллы, которые по-разному поглощают обыкновенный и необыкновенный лучи. Так, если на кристалл турмалина направить пучок естественного света перпендикулярно направлению оптической оси, то при толщине пластинки всего лишь в несколько миллиметров обыкновенный луч полностью поглотится, а из кристалла выйдет только необыкновенный луч (рис.7).
Рис.8. Прохождение света через кристалл турмалина.
Различный характер поглощения обыкновенного и необыкновенного лучей называется анизотропией поглощения, или дихроизмом. Таким образом, кристаллы турмалина также могут быть использованы в качестве поляризаторов.
Поляроиды. Для изготовления поляроида между двумя пластинками стекла или оргстекла заклеивается прозрачная пленка, которая содержит кристаллы поляризующего свет дихроичного вещества. В процессе изготовления пленки кристаллы ориентируются так, чтобы их оптические оси были параллельны. Вся эта система закрепляется в оправе. Дешевизна поляроидов и возможность изготовления пластин с большой площадью обеспечили их широкое применение на практике.
