In diesem Video wird erklärt, wie die Doppelbrechung zustande kommt. Aber es erklärt, dass, wenn der gewöhnliche Strahl horizontal und der außergewöhnliche Strahl vertikal ist, der erste weniger verzögert wird als der zweite.
Nun, das ist ziemlich logisch für alle Materialien, nehme ich an?! Aber es sieht so aus, als ob Calcit etwas Besonderes ist, weil es doppelt brechen kann. Aber was macht die Calcitstruktur so besonders?
Mindest. 3:30 https://www.youtube.com/watch?v=MoZar-gCj3E
Die Struktur von Calcit macht die Struktur von Calcit so besonders.
Die Gitterkonfiguration in diesem speziellen Material macht es anisotrop. Viele dielektrische Materialien (die meisten?) Sind isotrop oder sind nahe genug, dass wir sie als solche behandeln, da die Gitterstruktur symmetrischer ist. Diese Symmetrie macht den Brechungsindex praktisch unabhängig von der Polarisation. Die Gitterkonfiguration von Calcit ist nicht symmetrisch, sodass das elektrische Feld je nach Polarisation unterschiedlich mit ihm interagiert.
Hier ist eine kurze Erklärung der Doppelbrechung, die sich aus anisotropen Medien ergibt.
Der mikroskopische Ursprung der Doppelbrechung ist die Gitteranordnung des Kristalls. Die Symmetrie des trigonalen Systems macht die Calcitstruktur im Vergleich zu nicht doppelbrechenden Materialien wie Glas besonders.
Der Brechungsindex ist mit der elektronischen Polarisierbarkeit der Atome verbunden. Sie können sich die elektromagnetische Welle vorstellen, die die elektronische Wolke zum Schwingen bringt. Dadurch entsteht eine Verzögerung in der Feldausbreitung und wir nehmen dies als geringere Lichtgeschwindigkeit im Medium wahr. Wenn die Dichte von Atomen in zwei verschiedenen Richtungen unterschiedlich ist, ist die Lichtgeschwindigkeit und damit der Brechungsindex in diesen Richtungen unterschiedlich.
Nur isotrope Substanzen (Flüssigkeiten und amorphe Materialien wie Glas) und kubische Kristalle haben einen einfachen Skalar als Brechungsindex. Alles andere benötigt zwei oder drei Indizes, um optische Eigenschaften zu beschreiben (oder sogar mehr, wenn das Material chiral ist).
Das Besondere an Calcit ist, dass der Unterschied zwischen seinen Brechungsindizes recht groß ist. Calcit ist Calciumcarbonat. Im Kristall liegen alle planaren Carbonationen in gleicher Orientierung. Die Polarisierbarkeit ist kleiner, wenn das elektrische Feld senkrecht zur Ionenebene ist, als wenn das elektrische Feld parallel zur Ionenebene ist. Dies ergibt einen Unterschied im Brechungsindex.
Viele andere gängige Mineralien sind doppelbrechend: Quarz, Korund, Glimmer usw.