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ständig polarisiert, und zwar schwingt dieser im Hauptschnitt, jener aber senkrecht zum Hauptschnitt. Da in der Richtung der Achse nur eine einzige Fortpflanzungsgeschwindigkeit stattfindet, so erleidet ein längs der Achse in den Kristall eindringender natürlicher Lichtstrahl keine Zerlegung. Jede solche Richtung in einem doppelbrechenden Kristall, längs welcher keine Doppelbrechung [* 2] erfolgt, heißt eine optische Achse. Alle Kristalle [* 3] des quadratischen und hexagonalen Systems (zu welch letzterm der Kalkspat [* 4] gehört) besitzen nur eine einzige optische Achse, welche mit ihrer kristallographischen Hauptachse zusammenfällt, und heißen daher optisch-einachsig.
Solche Kristalle, bei welchen sich die außergewöhnlichen Strahlen schneller fortpflanzen als die gewöhnlichen, bei welchen also die ellipsoidische Wellenschale die Kugelwelle umschließt, wie Kalkspat, Turmalin, salpetersaures Natron etc., heißen einachsig-negativ. Wird dagegen das Ellipsoid [* 5] von der Kugelwelle umschlossen, oder besitzen die gewöhnlichen Strahlen die größere Fortpflanzungsgeschwindigkeit, so heißen die Kristalle einachsig-positiv, wie z. B. Bergkristall oder Quarz, Zirkon, [* 6] Zinnstein, [* 7] Eis [* 8] etc. Auch in den Kristallen der drei übrigen Systeme pflanzen sich zwei zu einander senkrecht polarisierte Strahlen mit ungleicher Geschwindigkeit fort, wovon jedoch keiner im allgemeinen dem gewöhnlichen Brechungsgesetz gehorcht. Die Wellenfläche [* 1] (Fig. 6) besteht auch hier aus zwei Schalen, deren eine von der andern ganz umschlossen wird, so jedoch, daß beide in vier Punkten PPP'P' zusammenhängen. Um jeden dieser Punkte besitzt die äußere Schale eine trichterförmige Einsenkung n''Pp', welcher sich eine hornförmige Hervorragung o'PP' der innern Schale entgegenstreckt.
Die eigentümliche Gestaltung der Wellenfläche in der Nähe dieser »singulären« Punkte gibt zu merkwürdigen Erscheinungen Veranlassung. Ein natürlicher Strahl, welcher sich im Kristall in der Richtung PP oder P'P' fortpflanzt, breitet sich beim Austritt in einen hohlen Strahlenkegel aus (äußere konische Refraktion), und trifft ein Strahl derart auf den Kristall, daß die innerhalb desselben ihm zugehörige Wellenebene die Wellenfläche längs des Randes jenes Trichters berührt, so löst sich der Strahl im Kristall in einen Strahlenkegel auf, der in Form eines hohlen Strahlencylinders aus dem Kristall austritt (innere konische Refraktion).
Eine Senkrechte, welche man sich vom Mittelpunkt der Wellenfläche auf eben genannte Wellenebene gefällt denkt, heißt eine optische Achse des Kristalls, und da zwei solche Richtungen, welche übrigens von den Richtungen PP und P'P' nur wenig abweichen, vorhanden sind, so nennt man diese Kristalle optisch-zweiachsig. Die Gerade CD, welche den spitzen Winkel [* 9] der optischen Achsen halbiert, heißt die Mittellinie. Die Ebene der optischen Achsen ist auch diejenige der größten und kleinsten Elastizität, welche den Richtungen AB und CD entsprechen. Positiv-zweiachsig nennt man einen Kristall, wenn die kleinste, negativ-zweiachsig, wenn die größte Elastizität in der Richtung der Mittellinie stattfindet.
Die Doppelbrechung, indem sie jedes natürliche Lichtbündel in zwei zu einander senkrecht polarisierte zerlegt, bietet ein vortreffliches Mittel zur Herstellung polarisierten Lichts, wenn man nur dafür Sorge trägt, daß das eine der beiden durch Doppelbrechung entstandenen Lichtbündel beseitigt werde, weil es sonst, mit dem andern sich vermischend, wieder unpolarisiertes Licht [* 10] geben würde (s. Polarisation). [* 11] Dies geschieht in sehr sinnreicher Weise durch das Nicolsche Prisma [* 1] (Fig. 7); dasselbe wird verfertigt aus einer durch Spaltung erhaltenen Kalkspatsäule, an welche man statt der natürlichen Endflächen, die mit den stumpfen Seitenkanten PH einen Winkel von 71° bilden, neue Flächen PP anschleift, deren Winkel mit diesen Kanten 68° beträgt.
Nun wird das Prisma [* 12] durch einen zu den neuen Endflächen senkrechten Schnitt HH entzweigesägt und die Schnittflächen, nachdem sie poliert sind, mittels Kanadabalsams wieder zusammengekittet. Trifft nun ein natürlicher Lichtstrahl ab auf die Vorderfläche PP, so spaltet er sich in einen gewöhnlich gebrochenen Strahl bc und einen ungewöhnlich gebrochenen bd. Der erstere, dessen Brechungsverhältnis (1,658) größer ist als dasjenige des Kanadabalsams (1,53), trifft so schief auf die Kittfläche, daß er nicht in sie einzudringen vermag, sondern an ihr eine vollständige Zurückwerfung (s. Brechung) [* 13] nach seitwärts erfährt.
Der außergewöhnliche Strahl dagegen, welcher sich im Kalkspat rascher fortpflanzt als im Kanadabalsam, durchdringt letztern und verläßt die Hinterfläche als vollkommen polarisierter Strahl def, dessen Schwingungen parallel zum Hauptschnitt PHP oder parallel der kürzern Diagonale seiner rautenförmigen Endfläche erfolgen, wie in [* 1] Fig. 8 angedeutet ist. Für Strahlen, welche senkrecht zu seinem Hauptschnitt schwingen, erscheint das Nicolsche Prisma vollkommen undurchsichtig.
[* 1] ^[Abb.: Fig. 6. Modell der Wellenfläche der zweiachsigen Kristalle.]
^[Abb.: Fig. 7 u. 8. Nicolsches Prisma.] [* 14] ¶
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Auch die polarisierende Eigenschaft des Turmalins (s. Polarisation und Polarisationsapparate) [* 16] steht mit seiner Doppelbrechung im Zusammenhang. Wie oben bereits angedeutet worden, ist in doppelbrechenden Kristallen nicht nur die Fortpflanzungsgeschwindigkeit, sondern auch die Absorption der Schwingungen abhängig von dem Winkel, welchen diese mit der optischen Achse bilden, so daß die zur Achse senkrecht schwingenden Strahlen eine andre Absorption erleiden und daher anders gefärbt erscheinen als die parallel zur Achse schwingenden.
Man nennt diese Eigenschaft Zweifarbigkeit oder Dichroismus;
sie tritt bei manchen Kristallen so auffallend hervor, daß man sie ohne weitere Hilfsmittel beim bloßen Anblick des Kristalls wahrnimmt;
der Pennin z. B. erscheint, in der Richtung seiner Achse betrachtet, dunkel blaugrün, senkrecht dazu braun;
der Cordierit (Dichroit) in der Richtung der Achse dunkelblau, senkrecht zu ihr dagegen gelblichgrau.
Der Turmalin ist nun ebenfalls ein »dichroitischer« Kristall, in welchem die zur Achse senkrechten Schwingungen des gewöhnlichen Strahls durch Absorption fast vollständig ausgelöscht und nur die zur Achse parallelen des außergewöhnlichen Strahls durchgelassen werden.