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Doppelbrechung,

 

Eigenschaft aller nichtkubischen (optisch anisotropen) Kristalle, ein Lichtbündel in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilbündel aufzuspalten, die sich mit unterschiedlicher Strahlgeschwindigkeit fortpflanzen, da in doppelbrechenden Kristallen im Allgemeinen die Brechzahl von der Ausbreitungsrichtung und Polarisation des Lichts abhängt. Die Variation der Brechzahl in Abhängigkeit von der Richtung bezüglich der Kristallachsen wird durch das Indexellipsoid anschaulich dargestellt. In optisch einachsigen Kristallen (z. B. Kalkspat, Quarz) ist die Brechzahl n_ω für die Polarisation senkrecht zur optischen Achse richtungsunabhängig. Dieser Strahl gehorcht dem normalen snelliusschen Brechungsgesetz (Brechung); bei ihm fallen Ausbreitungsrichtung und Wellennormale zusammen, und seine Strahlgeschwindigkeit ist gleich der Phasen- oder Normalengeschwindigkeit (Geschwindigkeit, mit der sich die Phase der Welle normal zur Wellenfront weiterbewegt). Er wird als ordentlicher (ordinärer) Strahl bezeichnet. Für den senkrecht dazu polarisierten außerordentlichen (extraordinären) Strahl (Brechzahl n_ε) haben Strahlungsfluss und Wellennormale verschiedener Richtungen. Beim außerordentlichen Strahl gilt nur für die Normalenrichtung und -geschwindigkeit formal das snelliussche Brechungsgesetz, nicht aber für Strahlrichtung und -geschwindigkeit. Für Durchstrahlung parallel und senkrecht zur optischen Achse stimmen Normalen- und Strahlrichtung auch für den außerordentlichen Strahl überein. Während bei Durchstrahlung in Richtung der optischen Achse keine Doppelbrechung beobachtbar ist, da n_ω = n_ε gilt, erreicht der Brechzahlunterschied in der dazu senkrechten Ebene seinen Maximalwert und führt zu einer Phasendifferenz zwischen ordentlichen und außerordentlichen Strahl, die proportional mit der im Kristall zurückgelegten Wegstrecke anwächst. Optisch einachsige Kristalle werden zur Erzeugung von polarisiertem Licht oder auch zur Drehung der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht verwendet (Polarisation).

 

In optisch zweiachsigen Kristallen, bei denen Brechzahl sowie Strahl- und Normalengeschwindigkeit für beide Teilwellen richtungsabhängig sind, existieren als ausgezeichnete Richtungen die beiden Biradialen (»Strahlenachsen«), in denen es nur eine Strahlgeschwindigkeit gibt, und die beiden Binormalen (»optischen Achsen«), in denen es nur eine Normalengeschwindigkeit gibt. Entlang den durch die spitze und die stumpfe Bisektrix sowie eine zu beiden senkrechte Richtung gegebenen Achsen des Indexellipsoids sind Strahlen- und Normalengeschwindigkeit gleich.

 

Normalerweise isotrope Körper können doppelbrechend werden durch mechanische Spannungen (Deformationsdoppelbrechung oder Spannungsdoppelbrechung, Spannungsoptik), durch elektrische Felder (elektrische Doppelbrechung, Kerr-Effekt) oder magnetische Felder (magnetische Doppelbrechung, Cotton-Mouton-Effekt), Flüssigkeiten mit hoher Zähigkeit bei Strömung durch innere Reibung. In Flüssigkeiten mit darin gelösten lang gestreckten Molekülen kann bei Strömung Orientierungsdoppelbrechung infolge Ausrichtung der optisch anisotropen Moleküle auftreten. - Die Doppelbrechung wurde 1669 von E. Bartholinus am isländischen Doppelspat (Kalkspat) entdeckt.