При прохождении через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча
(например, через CaCo3-исландский шпат). Это явление называется двойным лучепреломлением. Один из преломленных лучей удовлетворяет обычным законам преломления, называется обыкновенным и обозначается буквой с, второй не удовлетворяет, поэтому называется необычным и обозначается буквой р. Направление в кристалле, вдоль которого луч не разделяется на два луча, называется оптической осью кристалла, а сечение кристалл, который включает в себя оптическую ось - главным сечением кристалла. На рис. 28.10 изображен главный сечение кристалла.
Обычный и необычный луч полностью поляризованные, и колебания светового вектора в них происходит в перпендикулярных плоскостях: в необычном лучи - в главном сечения кристалл, в обычном - в перпендикулярной к ней плоскости.
Явление двойного лучепреломления наблюдается во всех прозрачных кристаллах за исключением тех, которые относятся к кубической системе. Возникновение двойного лучепреломления в кристаллах не кубической системы объясняется тем, что их диэлектрическая проницаемость зависит от направления луча - имеет место анизотропия диэлектрической проницаемости.
Если для каждого направления распространения откладывать значения диэлектрической проницаемости, то совокупность точек образует эллипсоид вращения с полуосями e - значение проницаемости в направлении, параллельном оптической оси, и e ^ - в направлении, перпендикулярном оптической оси. Если в точку О (центр эллипсоида вращения) поместить точечный источник света, то вследствие того, что скорость световых волн зависит от направления колебаний светового вектора, волновые поверхности для обычной и необычной волн будут различны.
Волновая поверхность для обыкновенного луча представляет собой сферу, а для необычного - эллипсоид вращения, поскольку для колебаний, перпендикулярных к главному сечению кристалла, для всех направлений распространения диэлектрическая проницаемость одна и та и равен e ^, а для колебаний в плоскости главного переризуe зависит от направления распространение. Пусть пучок параллельных лучей падает на границу раздела вакуум-подвийнозаломлюючий кристалл. Рассмотрим только два луча из пучка. Пока луч идет до точки 1, луч, который пришел в точку 2, распространяется в кристалле и создает волновые фронты, которые представляют собой сферу для обычного луча, и эллипсоид вращения для необычного. И так - для каждой точки границы, от 1 до 2. Проводя огибающие всех волновых фронтов (они касаются всех волновых фронтов), мы получаем направления распространения обыкновенного и необыкновенного лучей. Явление двойного лучепреломления лежит в принципе работы поляризатора, который называется призмой Николя или просто некогда.
Николя представляет собой призму из исландского шпата. Чтобы отделить один из лучей, возникающих в результате двойного лучепреломления, призму разрезают по диагонали и склеивают специальным прозрачным клеем (канадским бальзамом). Тогда обычный луч будет падать из среды оптически более густого в среду оптически менее густой. Если угол a призмы подобрать так, что бы угол падения обыкновенного луча на пленку клея был больше предельный угол полного внутреннего отражения, то обыкновенный луч будет полностью отражаться от пленки клея, и на выход пойдет только один луч - плоскополяризованный необыкновенный луч. Таким образом, если на призму падает неполяризованный свет, то на выходе будет поляризовано.