Optiek met dubbele breking

Dubbele breking, ook wel dubbele breking genoemd, een optische eigenschap waarbij een enkele straal ongepolariseerd licht die een anisotroop medium binnenkomt, wordt opgesplitst in twee stralen, die elk in een andere richting reizen. Eén straal (de buitengewone straal genoemd) wordt gebogen of gebroken in een hoek terwijl deze door het medium reist; de andere straal (de gewone straal genoemd) gaat ongewijzigd door het medium.

straling: dubbele breking

Bij dubbele breking komt licht een kristal binnen waarvan de optische eigenschappen langs twee of meer van de kristalassen verschillen. Wat wordt waargenomen

Dubbele breking kan worden waargenomen door twee materialen te vergelijken, glas en calciet. Als een potloodmarkering op een vel papier wordt getekend en vervolgens wordt afgedekt met een stuk glas, is er maar één afbeelding te zien; maar als hetzelfde papier is bedekt met een stuk calciet en het kristal in een specifieke richting is gericht, worden er twee markeringen zichtbaar.

De figuur toont het fenomeen van dubbele breking door een calcietkristal. Een invallende straal wordt gesplitst in de gewone straal CO en de buitengewone straal CE bij het binnenkomen van het kristalvlak bij C. Als de invallende straal het kristal binnenkomt in de richting van zijn optische as, wordt de lichtstraal echter niet verdeeld.

Bij dubbele breking zijn de gewone straal en de buitengewone straal gepolariseerd in vlakken die loodrecht op elkaar vibreren. Verder wordt waargenomen dat de brekingsindex (een getal dat de buighoek specifiek voor elk medium bepaalt) van de gewone straal constant is in alle richtingen; de brekingsindex van de buitengewone straal varieert afhankelijk van de richting die wordt ingenomen omdat deze componenten heeft die zowel parallel als loodrecht op de optische as van het kristal staan. Omdat de snelheid van lichtgolven in een medium gelijk is aan hun snelheid in een vacuüm gedeeld door de brekingsindex voor die golflengte, kan een buitengewone straal sneller of langzamer bewegen dan een gewone straal.

Alle transparante kristallen behalve die van het kubische systeem, die normaal gesproken optisch isotroop zijn, vertonen het fenomeen van dubbele breking: naast calciet zijn enkele bekende voorbeelden ijs, mica, kwarts, suiker en toermalijn. Andere materialen kunnen onder speciale omstandigheden dubbelbrekend worden. Oplossingen die moleculen met lange ketens bevatten, vertonen bijvoorbeeld dubbele breking wanneer ze stromen; dit fenomeen wordt streaming dubbele breking genoemd. Plastic materialen die zijn opgebouwd uit lange-keten polymeermoleculen kunnen ook dubbel brekend worden wanneer ze worden samengedrukt of uitgerekt; dit proces staat bekend als foto-elasticiteit. Sommige isotrope materialen (bijv. Glas) kunnen zelfs dubbele breking vertonen wanneer ze in een magnetisch of elektrisch veld worden geplaatst of wanneer ze worden blootgesteld aan externe spanning.