Unterschied zwischen einachsigen und zweiachsigen Kristallen

2024 Autor: Alex Aldridge | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 13:35

Der Hauptunterschied zwischen einachsigen und zweiachsigen Kristallen besteht darin, dass einachsige Kristalle eine einzige optische Achse haben, während zweiachsige Kristalle zwei optische Achsen haben.

Die optische Achse eines Kristalls ist die Richtung, in der sich das Licht durch den Kristall ausbreitet, ohne einer Doppelbrechung ausgesetzt zu sein. Alle Lichtwellen, die parallel zu dieser Achse verlaufen, unterliegen keiner Doppelbrechung. Das heißt, der Lichtstrahl bewegt sich in dieser Richtung mit einer polarisationsunabhängigen Geschwindigkeit.

Was sind einachsige Kristalle?

Ein einachsiger Kristall ist ein optisches Element mit einer einzigen optischen Achse. Mit anderen Worten, ein einachsiger Kristall hat eine Kristallachse, die sich von anderen zwei kristallographischen Achsen unterscheidet. Beispiel: n_a=n_b≠ n_{c Diese einzigartige Achse ist als außergewöhnliche Achse bekannt. Wenn ein Lichtstrahl durch einen einachsigen Kristall geht, teilt sich dieser Lichtstrahl in zwei Fraktionen, wie den ordentlichen Strahl und den außerordentlichen Strahl. Der ordentliche Strahl (O-Strahl) geht ohne Ablenkung durch den Kristall. Der außerordentliche Strahl (E-Strahl) weicht an der Luft-Kristall-Grenzfläche ab.}

Es gibt zwei Formen von einachsigen Kristallen, die als negativer einachsiger Kristall und positiver einachsiger Kristall bezeichnet werden. Wenn der Brechungsindex des o-Strahls (n_o) größer ist als der des e-Strahls (ne), dann handelt es sich um einen negativen einachsigen Kristall. Aber wenn der Brechungsindex des e-Strahls (n_e) kleiner ist als der des e-Strahls, dann ist es ein positiver einachsiger Kristall.(Brechungsindex ist das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu seiner Geschwindigkeit im Kristall). Beispiele für negative einachsige Kristalle sind Calcit (CaCO₃), Rubin (Al₂O₃), usw. Beispiele für positive einachsige Kristalle sind Quarz (SiO₂), Sellait (MgF₂), Rutil (TiO_{2), etc.}

Was sind biaxiale Kristalle?

Ein biaxialer Kristall ist ein optisches Element, das zwei optische Achsen hat. Wenn ein Lichtstrahl durch einen zweiachsigen Kristall geht, teilt sich der Lichtstrahl in zwei Fraktionen auf, wobei beide Fraktionen außergewöhnliche Wellen sind (zwei e-Strahlen). Diese Wellen haben unterschiedliche Richtungen und unterschiedliche Geschwindigkeiten. Die kristallinen Strukturen wie orthorhombisch, monoklin oder triklin sind biaxiale Kristallsysteme.

Die Brechungsindizes für einen biaxialen Kristall sind wie folgt:

1. Der kleinste Brechungsindex ist α (die entsprechende Richtung ist X)
2. Der mittlere Brechungsindex ist β (die entsprechende Richtung ist Y)
3. Der größte Brechungsindex ist γ (die entsprechende Richtung ist Z)

Abbildung 01: Die Indikatrix eines biaxialen Kristalls. (Indikatrix ist eine imaginäre ellipsoidische Fläche, deren Achsen die Brechungsindizes eines Kristalls für Licht darstellen, die unterschiedlichen Richtungen bezüglich der Kristallachsen folgen)

Diese optischen Richtungen und Brechungsindizes unterscheiden sich jedoch von den kristallographischen Achsen aufgrund der Natur des Kristallsystems.

• Orthorhombisches Kristallsystem – optische Richtungen entsprechen kristallographischen Achsen. Beispiel: Die X-, Y- oder Z-Richtungen (Brechungsindizes α, β und γ) können parallel zu jeder der kristallographischen Achsen (a, b oder c) verlaufen.
• Monoklines Kristallsystem – eine der X-, Y- und Z-Richtungen (Brechungsindizes α, β und γ) ist parallel zur kristallographischen b-Achse, während die anderen beiden Richtungen nicht parallel zu irgendeiner kristallographischen Richtung sind.
• Triklines Kristallsystem – keine der optischen Richtungen fällt mit kristallographischen Achsen zusammen.

Es gibt zwei Arten von biaxialen Kristallen, z. B. negative biaxiale Kristalle und positive biaxiale Kristalle. Negative biaxiale Kristalle haben ihr β näher an γ als an α. Positive biaxiale Kristalle haben ihr β näher an α als an γ.

Was ist der Unterschied zwischen einachsigen und zweiachsigen Kristallen?

Einachsige vs. zweiachsige Kristalle
Ein einachsiger Kristall ist ein optisches Element mit einer einzigen optischen Achse.	Ein biaxialer Kristall ist ein optisches Element, das zwei optische Achsen hat.
Negativform
Ein negativer einachsiger Kristall hat einen größeren Brechungsindex des o-Strahls (no) als der des e-Strahls (ne).	Ein negativer biaxialer Kristall hat sein β näher an γ als an α.
Teilen des Lichtstrahls
Wenn ein Lichtstrahl durch einen einachsigen Kristall geht, teilt sich der Lichtstrahl in zwei Strahlen auf, die als ordentlicher Strahl (O-Strahl) und außerordentlicher Strahl (E-Strahl) bezeichnet werden.	Wenn ein Lichtstrahl durch einen zweiachsigen Kristall geht, teilt sich der Lichtstrahl in zwei Strahlen auf, die beide außerordentliche Strahlen (E-Strahlen) sind.
Positive Form
Ein positiver einachsiger Kristall hat einen Brechungsindex von e-Strahlen (ne) kleiner als der von e-Strahlen (ne).	Ein positiver biaxialer Kristall hat sein β näher an α als an γ.
Beispiele
Quarz, Calcit, Rutil etc.	Alle monoklinen, triklinen und orthorhombischen Kristallsysteme

Zusammenfassung – Uniaxiale vs. biaxiale Kristalle

Kristalle sind Substanzen, deren Atome wohlgeordnet angeordnet sind. Darüber hinaus gibt es diese zwei Kristalle in zwei Arten als uniaxiale Kristalle und biaxiale Kristalle, basierend auf der Anzahl der in der Kristallstruktur vorhandenen optischen Achsen. Der Unterschied zwischen einachsigen und zweiachsigen Kristallen besteht darin, dass einachsige Kristalle eine einzige optische Achse haben, während zweiachsige Kristalle zwei optische Achsen haben.