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Kristalloptik


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Die Kristalloptik beschäftigt sich mit der Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung in der Regel im sichtbaren Wellenlängenbereich mit kristallinen Festkörpern . Sie ist ein Teilgebiet der Festkörperphysik und der Mineralogie .

Die optischen Eigenschaften der Kristalle die u. a. Reflexion Refraktion und Absorption des Lichtes verantwortlich sind sind durch ihren regelmäßigen Aufbau bestimmt. Anders als bei den optisch Gläsern findet man bei Kristallen in der das Phänomen der Anisotropie : Wichtige Eigenschaften wie z. B. der Brechungsindex sind von der Ausbreitungsrichtung des Lichts Kristall und seiner Polarisation abhängig.

Genauer gesagt gilt dies für alle die nicht das kubische Kristallsystem aufweisen. Zur Veranschaulichung trägt man in dreidimensionalen Diagramm für jede mögliche Ausbreitungsrichtung von im Kristall den Wert des Brechungsindex in Richtung ein. Dadurch ergibt sich immer ein Ellipsoid mit in der Regel drei ungleich senkrecht aufeinander stehenden Hauptachsen das man auch Indikatrix bezeichnet.

  • Ist der Kristall kubisch reduziert sich das auf den Spezialfall einer Kugel da alle drei Hauptachsen dieselbe Länge Die Lichtausbreitung ist in diesem Falle isotrop.

  • Im Falle des hexagonalen trigonalen und tetragonalen sind nur zwei der Hauptachsen gleichlang man dann von optisch einachsigen Kristallen. Die in Bezeichnung angesprochene Achse steht senkrecht auf den gleichlangen Hauptachsen. Bei Lichteinfall parallel zu dieser findet keine Doppelbrechung statt.

  • Drei unterschiedlich lange Hauptachsen finden sich für orthorhombische monokline und trikline Kristallsystem der Kristall nun optisch zweiachsig. Diese beiden Achsen fallen mit Hauptachsen des Ellipsoids zusammen sie sind eindeutig dadurch definiert dass sie senkrecht auf einzigen beiden Kreisen stehen die sich durch einer beliebigen Ebene durch den Mittelpunkt des mit der Indikatrix erzeugen lassen (alle anderen ergeben Ellipsen und keine Kreise). Der Radius dieser entspricht der von der Länge her mittleren drei Hauptachsen.

Eine wichtige Folge der Anisotropie von ist die Doppelbrechung d. h. die Aufspaltung von auf Kristall auftreffendem Licht in einen ordentlichen und außerordentlichen Strahl die eine unterschiedliche Polarisation aufweisen sich mit ungleicher Geschwindigkeit im Kristall ausbreiten.

Auch die optische Aktivität von Kristallen lässt sich auf ihre zurückführen: Dabei wird die Polarisationsebene linear polarisierten um einen zur im Kristall zurückgelegten Strecke Winkel gedreht. Man unterscheidet je nachdem ob Ebene im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn gedreht wird man genau gegen die Ausbreitungsrichtung des Lichtes rechts- und linksdrehende Kristalle die auch als Modifikationen bezeichnet werden. Als Beispiele seien Linksquarz Rechtsquartz genannt.

Eine dritte spezifisch auf Kristalle zutreffende Erscheinung ist der so genannte Pleochroismus . Das bedeutet dass Licht je nach und Polarisationsrichtung unterschiedlich stark absorbiert wird. Da Absorption zusätzlich noch von der Wellenlänge abhängt sich der Pleochronismus in einer richtungsabhängigen Farbänderung durchstrahlten Lichtes die in extremen Fällen schon bloßem Auge feststellbar ist.

Die optischen Eigenschaften eines Kristalls lassen durch äußere elektrische und magnetische Felder aber auch durch mechanische Belastung beeinflussen. können sie zur Diagnose dieser externen Einflüsse werden.



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