Подвійне променезаломлення світла у кристалах

Оптичні властивості мінералів настільки різноманітні, що являють собою надійні засоби швидкої їх діагностики. Визначають, перш за все, показники заломлення мінералів, подвійне променезаломлення світла, так чудово виявлене у кальциту, оптичний знак кристала і т.п.

У 1669 році датський вчений Еразм Бартолін опублікував працю "Досліди з кристалами ісландського вапнякового шпату, які виявляють дивовижне і дивне променезаломлення". Він відкрив подвійне променезаломлення світла, вивчаючи кристали кальциту. Зображення, які розглядаються через його кристали, виявлялися роздвоєними. Подвійне променезаломлення сказало своє слово у знаменитій суперечці Гюйгенса та Ньютона про природу світла: корпускулярна вона чи хвильова? У 1808 році Паризька Академія наук оголосила конкурс на кращу математичну теорію подвійного променезаломлення кристалів. Виграв конкурс Е. Малюс (1775-1812), який виявив поляризацію світла, як розгадку подвійного променезаломлення.

Суть явища зводиться до того, що якщо промінь світла падає перпендикулярно до поверхні кристала, то на цій поверхні він розщеплюється на два промені. Перший промінь продовжує поширюватися прямо, і називається звичайним (o - ordinary), другий ж відхиляється убік, і називається незвичайним (e - extraordinary).

Порушення закону заломлення світла незвичайним променем пов'язане з тим, що швидкість поширення світла (отже і показник заломлення) незвичайного променя залежить від напрямку. Для звичайної хвилі швидкість поширення однакова у всіх напрямках. Згідно з класичною теорією світла, подвійне променезаломлення пов'язане з тим, що змінне електромагнітне поле світла змушує коливатися електрони речовини, і ці коливання впливають на поширення світла в середовищі, а в деяких речовинах змусити електрони простіше коливатися в деяких певних напрямках. Наприклад, негативними кристалами називають кристали, у яких швидкість поширення звичайного променя світла менша, ніж швидкість поширення незвичайного променя. Позитивні кристали — кристали, у яких швидкість поширення звичайного променя світла більша, ніж швидкість поширення незвичайного променя.

Крім кристалів подвійне променезаломлення світла спостерігається і в ізотропних середовищах, поміщених в електричне поле (ефект Керра), магнітне поле (ефект Коттона - Мутона, ефект Фарадея), під дією механічних напруг (фотопружність). Під дією цих факторів спочатку ізотропне середовище змінює свої властивості і стає анізотропним.