La birrefringencia, o la refracción doble, es la descomposición de un rayo de la luz en dos rayos (el rayo ordinario y el rayo extraordinario ) cuando pasa a través de ciertos tipos de material, tales como cristales de la calcita o nitruro del boro, dependiendo de la polarización de la luz. Este efecto puede ocurrir solamente si la estructura del material es el anisotrópico (direccional dependiente). Si el material tiene un solo eje de la anisotropía o eje óptico, (es decir es el uniaxial) la birrefringencia puede ser formalizada asignando a dos diverso los índices refractivos al material para diversas polarizaciones. La magnitud de la birrefringencia entonces es definida por el $del\; \backslash \; el\; n=n\_e-n\_o\; del\; delta\; \backslash ,$ donde están los índices el n _o y el n _e refractivos para las polarizaciones perpendiculares ( ordinario) y paralelas ( extraordinario) al eje de la anisotropía respectivamente.

La birrefringencia puede también presentarse en el magnético, no dieléctrico, los materiales, pero las variaciones substanciales en la permeabilidad magnética de materiales son raras en las frecuencias ópticas.

Crear birrefringencia

Mientras que la birrefringencia se encuentra a menudo naturalmente (especialmente en cristales), hay varias maneras de crearla en materiales isotrópicos óptico .
La birrefringencia resulta cuando los materiales isotrópicos están deformidos tales que la isotropía está perdida en una dirección (IE, estirado o doblado). Ejemplo
La aplicación de un campo eléctrico puede inducir a las moléculas que se alineen o se comporten asimétrico, introduciendo anisotropía y dando por resultado birrefringencia. (el considera el efecto de Pockels de )
La aplicación de un campo magnético puede hacer un material ser el circular birrefringente, con diversos índice de refracción para las polarizaciones circulares opuesto-dadas (el considera el efecto de Faraday de ).

Ejemplos de materiales birrefringentes

Birrefringencia biaxial

Birrefringencia de medición

La birrefringencia y los efectos ópticos relacionados (tales como rotación óptica y dicroísmo circular linear o ) pueden ser medidos midiendo los cambios en la polarización de la luz que pasa a través del material. Estas medidas se conocen como polarimetría .

Una característica común de microscopios ópticos es un par de cruzado que polariza los filtros de . Entre los polarizadores cruzados, una muestra birrefringente aparecerá brillante contra un fondo (isotrópico) oscuro.

Usos de la birrefringencia

La birrefringencia es ampliamente utilizada en dispositivos ópticos, tales como moduladores ligeros de los indicadores de cristal líquido, filtros de color, rejas, etc. del eje óptico de las placas de la onda. También desempeña un papel importante en la generación en segundo lugar armónica y muchos otros procesos no lineares . También se utiliza en diagnósticos médicos: la aspiración de la aguja del líquido de un empalme gotoso revelará los cristales negativamente birrefringentes de Urate . Algunos artistas también trabajan con la birrefringencia, el ser más notable el artista americano contemporáneo Austine Comarow de madera que acuñó el " del término; Polage" para describir sus collages de la luz polarizada. El artista trabaja cortando centenares de pequeños pedazos del celofán y de otras películas birrefringentes y laminándolas entre los filtros de polarización planos. El arte de Polage de Comarow se exhibe en el museo de la ciencia, Boston, el museo de New México de la historia natural y la ciencia en el Albuquerque, nanómetro, y las ciencias y de l'Industrie (la ciudad del DES de Cité del la de la ciencia y de la industria) en el París .

Birrefringencia elástico

Otra forma de birrefringencia se observa en los materiales elásticos anisotrópico . En estos materiales, fractura de las ondas de esquileo según principios similares como las ondas ligeras discutidas arriba. El estudio de las ondas de esquileo birrefringentes en la tierra es una parte de la sismología . La birrefringencia también se utiliza en mineralogía óptica para determinar la composición química, y la historia de minerales y de rocas.

Ondas electromagnéticas en un material anisotrópico

Descripción matemática

Más generalmente, la birrefringencia puede ser definida considerando una permitividad dieléctrica y un índice de refracción que es los tensores considera un la onda plana que propaga en un medio anisotrópico, con un ε relativo del tensor de la permitividad, donde el n del índice de refracción, es definido por = \ epsilon del $n\; \backslash \; del\; cdot\; n.\; Si\; la\; onda\; tiene\; un\; vector\; eléctrico\; de\; la\; forma:$

donde está el vector el r de posición y el t es tiempo, después el k del vector de onda y el ω de la frecuencia angular deben satisfacer las ecuaciones del maxwell en el medio, llevando a las ecuaciones:

donde está la velocidad el c de la luz en un vacío. 3a-b lleva a las condiciones:

Para encontrar los valores permitidos del k, el E ₀ se puede eliminar del eq 4a. Una forma para hacer esto es escribir el eqn 4a en los coordenadas cartesianos, donde las hachas del x, del y y del z se eligen en las direcciones de los vectores propios del ε, de modo que

Por lo tanto el eqn 4a se convierte

donde están los componentes el E _x, el E _y, el E _z, el k _x, el k _y y el k _z del E ₀ y del k . Éste es un sistema de ecuaciones lineares en el E _x, E _y, E _z, y tienen una solución no trivial si su determinante es cero:

Multiplicando hacia fuera el eqn (6), y cambiando los términos, obtenemos

En el caso de un material uniaxial, donde el n_o del n _y= del n _x= y el n_z = el n_e dicen, el eqn 7 se puede descomponer en factores en

Cada uno de los factores en el eqn 8 define una superficie durante el k - la superficie de los vectores del de los normals de la onda. El primer factor define una esfera y el segundo define un elipsoide . Por lo tanto, para cada dirección del normal de la onda, se permite el k de dos wavevectors. Los valores del k en la esfera corresponden a los rayos ordinarios mientras que los valores en el elipsoide corresponden a los rayos extraordinarios .

Para un material biaxial, el eqn (7) no se puede descomponer en factores de la misma manera, y describe un par más complicado de superficies del agitar-normal.

La birrefringencia se mide a menudo para los rayos que propagan a lo largo de una de las hachas ópticas (o medido en un material de dos dimensiones). En este caso, el n tiene dos valores propios que se puedan etiquetar el n ₁ y el n ₂. el n se puede diagonalized cerca:

donde está la matriz el R (χ) de la rotación a través de un χ del ángulo. Algo que especificando el completo n del tensor, podemos ahora especificar simplemente la magnitud n de la birrefringencia Δ, y el χ del ángulo de extinción del, donde el n de Δ = el n ₁  −  n ₂.

Ver también

La óptica cristalina
Juan Kerr
poling periódico

.

Zenithic

Murchison (biogeographic region)

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