Двойное лучепреломление

Оптические свойства минералов настолько многообразны, что представляют собой надежные средства быстрой диагностики минералов. Определяют, прежде всего, показатели преломления минералов, а затем двойное лучепреломление, так великолепно проявленное у кальцита, оптический знак кристалла и т. п.

В 1669 году датский ученый Эразм Бартолин опубликовал труд "Опыты с кристаллами исландского известкового шпата, которые обнаруживают удивительное и странное лучепреломление". Он открыл двойное лучепреломление света, изучая кристаллы кальцита. Изображения, рассматриваемые через его кристаллы, оказывались раздвоенными. Двойное лучепреломление сказало свое слово в знаменитом споре Гюйгенса и Ньютона о природе света: корпускулярная она или волновая? В 1808 году Парижская Академия наук объявила конкурс на лучшую математическую теорию двойного лучепреломления кристаллов. Выиграл конкурс Э. Малюс (1775–1812), обнаруживший поляризацию света, как разгадку двойного лучепреломления.

Суть явления сводится к тому, что если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным (o — ordinary), второй же отклоняется в сторону, и называется необыкновенным (e — extraordinary).

Нарушение закона преломления света необыкновенным лучом связанно с тем, что скорость распространения света (а значит и показатель преломления) необыкновенного луча, зависит от направления. Для обыкновенной волны скорость распространения одинакова во всех направлениях. Согласно классической теории света, двойное лучепреломление связано с тем, что переменное электромагнитное поле света заставляет колебаться электроны вещества, и эти колебания влияют на распространение света в среде, а в некоторых веществах заставить электроны колебаться проще в некоторых определённых направлениях. Например, отрицательными кристаллами называют кристаллы, в которых скорость распространения обыкновенного луча света меньше, чем скорость распространения необыкновенного луча. Положительные кристаллы — кристаллы, в которых скорость распространения обыкновенного луча света больше, чем скорость распространения необыкновенного луча.

Помимо кристаллов двойное лучепреломление наблюдается и в изотропных средах, помещённых в электрическое поле (эффект Керра), в магнитное поле (эффект Коттона — Мутона, эффект Фарадея), под действием механических напряжений (фотоупругость). Под действием этих факторов изначально изотропная среда меняет свои свойства и становится анизотропной.