Doppelbrechung

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Doppelbrechung im Kristall

Doppelbrechung beim Calcit

Als Doppelbrechung (auch Birefringenz) bezeichnet man in der Optik die Aufteilung eines Lichtstrahls in zwei Teilstrahlen (den ordentlichen und den außerordentlichen Strahl), wenn er durch ein optisch anisotropes, meistens kristallines Material wie z. B. Calcit läuft. Sie wurde von Erasmus Bartholin 1669 entdeckt. Doppelbrechung ist auch eine optische Begleiterscheinung von Materialspannungen (Spannungsdoppelbrechung).

Der ordentliche Strahl, dessen elektrisches Feld immer senkrecht zur optischen Achse des Kristalls steht, breitet sich wie in einem nicht doppelbrechenden Material aus. Das elektrische Feld des außerordentlichen Strahls, der senkrecht zum ordentlichen (also parallel zur optischen Achse) polarisiert ist, hat eine Komponente parallel zur optischen Achse. Beide Komponenten haben eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit $v_{\|}$ bzw. $v_{\perp}$ , was dazu führt, dass der außerordentliche Strahl sich im Material etwas geneigt bzgl. des ordentlichen Strahls ausbreitet.

Man kann zu den Ausbreitungsgeschwindigkeiten des außerordentlichen Strahls Brechzahlen definieren: $n_e=c/v_{\|}$ , $n_o=c/v_{\perp}$ , wobei c die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit ist. Die Differenz der Brechzahlen $Δ n = n e - n 0$ ist ein Maß für die Doppelbrechung, das Vorzeichen wird als optischer Charakter (oder optische Orientierung) bezeichnet. Für Kalkspat ist $Δ n = - 0,172$ , man nennt ihn auch optisch negativ.

Da es in optisch aktiven Substanzen unterschiedliche Brechzahlen für links- und rechts-zirkular polarisiertes Licht gibt, spricht man in diesem Fall auch von zirkularer Doppelbrechung.

Eng verwandt mit der Doppelbrechung ist der Dichroismus.

Doppelbrechende Materialien werden z. B. in Phasenverschiebern und Polarisatoren verwendet. Man kann aus unpolarisiertem Licht so linear polarisisertes Licht erzeugen. Zu den doppelbrechenden Polarisatoren zählen unter anderem das Nicolsche Prisma, das Glan-Thompson-Prisma oder das λ/4-Plättchen.

Doppelbrechung kann auch beim Spritzpressen von CDs auftreten. Verursacht wird die Doppelbrechung durch die unterschiedliche Brechzahl des Lichts, wenn es Materialien unterschiedlicher Dichte durchquert. Normalerweise ändert sich nur die Wellenlänge des Lichts beim Eintritt in ein anderes Medium. Bei der Doppelbrechung geschieht das in 2 Graden, je nach Winkel des auftreffenden Lichtes. Es teilt sich in zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichem Winkel und Wellenlänge.

siehe auch: Kristalloptik, λ/4-Plättchen.