↑ Анизотропные вещества

Кристаллические вещества с симметрией ниже кубической, а также некоторые волокнистые образования, молекулы которых ориентированы строго в одном направлении, являются оптически анизотропными. У таких веществ показатели преломления при данной длине волны различаются по разным направлениям распространения световых колебаний, и по этой причине у них наблюдается двойное лучепреломление, называемое также двупреломлением.

↑ Двупреломление

Очевидно, многие исследователи наблюдали игру света и странные искажения в изображении, глядя на свет через прозрачные минералы, но не придавали этому значения.

Впервые этим серьезно заинтересовался в конце семнадцатого века Э. Бартолин, когда, посмотрев на свет через кристалл кальцита, называемый исландским шпатом, он обнаружил, что изображение получается двойным.

Причем когда он начинал поворачивать кристалл вокруг оси, то одно изображение оставалось неподвижным, как это происходит, когда смотрят через стекло, а второе вращалось вместе с поворотом минерала вокруг первого изображения. Это было расценено учеными того времени как курьез, не имеющий научного значения. Только через 20 лет Х. Гюйгенс в своем знаменитом «Трактате о свете» подтвердил наблюдения Э. Бартолина и дал ему научное объяснение. Х. Гюйгенс предположил, что свет, проходящий через неоднородную (анизотропную) среду кальцита, не распространяется с одинаковой скоростью во все стороны и не образует волновую поверхность формы шара, а распадается на два луча (рис. 9). Каждый из этих лучей имеет свою волновую поверхность, один – сферу, а второй – описанный вокруг сферы сплюснутый эллипсоид вращения.

Если имеется несколько кристаллов кальцита, то нетрудно заметить, что расстояние между изображениями тем больше, чем толще ромбоэдр, через который оно рассматривается. Если теперь, продолжая смотреть вертикально вниз на точки, начать переворачивать ромбоэдр на тупой угол, находящийся под выступающей гранью спайного выколка, то нижнее изображение будет приближаться к верхнему и в конце концов они сольются (рис. 10). Слияние наступает в тот момент, когда линия наблюдения располагается параллельно  линии, равнонаклоненной к трем плоскостям, сходящимся на тупом телесном угле ромбоэдра. Явление, наблюдаемое  в исландском шпате, заключается в том, что луч света, входя в кристалл и преломляясь, разделяется на два луча, идущие через кристалл под некоторым углом один к другому (угол расхождения лучей в кальците достигает 6,1/2º). Впоследствии оказалось, что двупреломлением обладает большинство кристаллических веществ, но в кальците оно выражено особенно ярко. Визовый центр Нидерландов в Москве зарекомендованный среди большого числа туристов, поможет вам с подготовкой документов и открытием виз для семейного отдыха или отпуска с компанией друзей.

↑ Обыкновенный и необыкновенный луч

В опыте с ромбоэдром кальцита свет отражается от бумаги и проходит через лежащий на ней кристалл. Если при этом мы смотрим на ромбоэдр вертикально вниз, то попадающий нам в глаза свет при своем прохождении снизу имеет нормальное падение по отношению к грани ромбоэдра. Рассматривая прохождение света из воздуха в изотропное вещество, мы видели, что при нормальном падении свет не преломляется, а просто замедляется; преломление происходит только при наклонном падении.
Однако свет, падающий по нормали на поверхность кальцита, распадается на два луча, только один из которых преломляется. Преломленные лучи называются необыкновенными (или е-лучами), а лучи, не испытавшие преломления, - обыкновенными (или о-лучами) (см. рис. 9, б).

Волновые поверхности в кристаллах                                                                                                                                                                                
Кристаллы разных сингоний имеют характерные волновые поверхности, которые зависят от особенностей их внутренней структуры, т. е. от организации кристаллической решетки.
Кристаллы кубической сингонии подобно изотропным средам пропускают свет равномерно во все стороны. Волновая поверхность их имеет форму шара, поэтому кристаллы кубической сингонии называют оптически изотропными.
Волновые поверхности кристаллов средних сингоний – тригональной, тетрагональной и гексагональной, имеют более сложную форму – это комбинации шара и эллипсоидов вращения. Длина оси вращения этих эллипсоидов равна диаметру шара. Здесь возможны два случая:
a)   Шар вписан в сплюснутый эллипсоид вращения (рис. 11, а). Такие кристаллы называются оптически отрицательными (например, кальцит).

В кристалле  по каждому направлению идут два луча – один, волновая поверхность которого имеет форму шара, получил название обыкновенного луча (обозначается о), а второй, волновая поверхность которого имеет форму сплюснутого эллипсоида вращения, получил название необыкновенного луча (обозначается е). Скорость распространения обыкновенной волны в кристалле одинакова по всем направлениям. Скорость необыкновенной волны зависит от кристаллографического направления, по которому она распространяется. В каждом кристалле есть всего лишь одно направление, в котором скорости обыкновенной и необыкновенной волн равны между собой. Это направление называется оптической осью. На рис. 11 это направление ОА.
Луч света, идущий по направлению оптической оси, не разбивается на два луча. Следовательно, в этом направлении в кристалле не может возникнуть двойного лучепреломления. В перпендикулярном направлении (т.е. перпендикулярно к оптической оси) разница между скоростями обыкновенного и необыкновенного лучей будет максимальной. Значит, в этом направлении в кристалле должно возникнуть максимально возможное для него двойное лучепреломление.
Оптическая ось в кристаллах средних сингоний совпадает с единичным направлением (главной осью симметрии). И поскольку в таких кристаллах всего одна ось симметрии  и, соответственно, одна оптическая ось, они получили название оптически одноосных.

В кристаллах низших сингоний (ромбической, моноклинной, триклинной) существует, как правило, несколько единичных направлений (осей симметрии), которые на волновой поверхности сложного вида, отражаются в виде четырех воронкообразных углублений, соответствующих выходам двух оптических осей (рис. 12). Поэтому кристаллы низших сингоний получили название оптически двуосных. Волновая поверхность таких кристаллов имеет сложный вид, образованный совмещением двух как бы вложенных друг в друга эллипсоидальных поверхностей. Если сделать разрез такой фигуры по плоскостям симметрии, то ее сечения будут иметь форму кругов и эллипсов. По другим направлениям сечения они будут иметь более сложный вид.  В двуосных кристаллах нет волны, имеющей форму шара, т. е. волны обыкновенной, и оба луча, на которые распадается световой луч, проходя через такой кристалл, являются необыкновенными.