การหักเหสองแนวและการมองเห็นผลึก

ผลึกที่มีการหักเหสองแนวมีดัชนีหักเหที่ขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชันและทิศทางของแสง โดยจะแยกแสงออกเป็นสองลำแสงที่มีความเร็วต่างกัน

Definition

การที่ดัชนีหักเหของตัวกลางขึ้นอยู่กับทิศทางโพลาไรเซชันและทิศทางการแพร่กระจายของแสง ซึ่งทำให้แสงแยกออกเป็นองค์ประกอบปกติและวิสามัญที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางที่มีคุณสมบัติทางแสงไม่เท่ากัน ซึ่งรวมถึงเทนเซอร์ไดอิเล็กตริกและดัชนีเอลลิปซอยด์, รังสีปกติและรังสีวิสามัญ, ผลึกแกนเดียวและผลึกสองแกน, การหน่วงเฟสที่สะสมระหว่างองค์ประกอบตั้งฉาก, การหักเหสองแนวและการเบี่ยงเบน, กิจกรรมทางแสงและการหักเหสองแนวแบบวงกลม, และความไม่เท่ากันที่เกิดจากสนามผ่านผลกระทบทางไฟฟ้าเชิงแสงและผลกระทบทางแสงเชิงกล มันอธิบายว่าวัสดุที่ไม่เท่ากันเปลี่ยนโพลาไรเซชันอย่างไรและเป็นพื้นฐานของแผ่นคลื่น, ปริซึมโพลาไรซ์, และตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสง

Core questions

• เหตุใดผลึกที่มีคุณสมบัติไม่เท่ากันจึงหักเหแสงออกเป็นสองลำแสง?
• พฤติกรรมทางแสงของผลึกถูกบันทึกโดยดัชนีเอลลิปซอยด์ได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างผลึกแกนเดียวกับผลึกสองแกน?
• สนามภายนอกเหนี่ยวนำหรือเปลี่ยนแปลงการหักเหสองแนวได้อย่างไร?

Key concepts

• การหักเหสองแนว
• รังสีปกติและรังสีวิสามัญ
• ดัชนีเอลลิปซอยด์
• ผลึกแกนเดียวและผลึกสองแกน
• แกนแสง
• การหน่วงเฟส
• กิจกรรมทางแสง
• ผลกระทบทางไฟฟ้าเชิงแสง

Key theories

ดัชนีเอลลิปซอยด์และการหักเหสองแนว

ในผลึกที่มีคุณสมบัติไม่เท่ากัน ดัชนีหักเหสำหรับโพลาไรเซชันและทิศทางที่กำหนดจะอ่านได้จากดัชนีเอลลิปซอยด์ ทำให้เกิดคลื่นปกติและคลื่นวิสามัญที่แตกต่างกันซึ่งหักเหต่างกันและสะสมเฟสสัมพัทธ์

ผลกระทบทางไฟฟ้าเชิงแสง

สนามไฟฟ้าที่ใช้จะเปลี่ยนแปลงดัชนีเอลลิปซอยด์ของผลึกบางชนิด ทำให้การหักเหสองแนวของพวกมันเปลี่ยนไปตามสัดส่วนของสนาม (ผลกระทบพอกเกิลส์) หรือกำลังสองของสนาม (ผลกระทบเคอร์) ซึ่งเป็นพื้นฐานของตัวปรับสัญญาณแสงความเร็วสูง

Clinical relevance

การหักเหสองแนวเป็นกลไกความคมชัดในการใช้กล้องจุลทรรศน์แสงโพลาไรซ์เพื่อระบุผลึกในน้ำไขข้อ เช่น ผลึกยูเรตที่มีการหักเหสองแนวเชิงลบในโรคเกาต์ และแคลเซียมไพโรฟอสเฟตที่มีการหักเหสองแนวเชิงบวกในโรคเกาต์เทียม และเพื่อประเมินคอลลาเจนและอะไมลอยด์ในเนื้อเยื่อที่ตัดออก

History

บาร์โธลินรายงานการหักเหสองแนวในแคลไซต์ในปี 1669 และฮอยเกนส์วิเคราะห์ด้วยการสร้างคลื่นของเขา โดยสังเกตเห็นหน้าคลื่นที่แตกต่างกันสองหน้า ทฤษฎีคลื่นตามขวางของเฟรสเนลในทศวรรษ 1820 ได้อธิบายการหักเหสองแนวไว้อย่างสมบูรณ์ และผลกระทบทางไฟฟ้าเชิงแสงได้รับการอธิบายในภายหลังโดยเคอร์และพอกเกิลส์

Key figures

• Erasmus Bartholin
• Christiaan Huygens
• Augustin-Jean Fresnel

Seminal works

• bornwolf1999
• hecht2017

Frequently asked questions

เหตุใดผลึกแคลไซต์จึงแสดงภาพซ้อน?

แคลไซต์มีการหักเหสองแนว ดังนั้นแสงที่เข้าสู่แคลไซต์จะแยกออกเป็นรังสีปกติและรังสีวิสามัญที่หักเหในมุมที่ต่างกันและปรากฏแยกจากกัน ทำให้เกิดภาพสองภาพที่เคลื่อนที่ของสิ่งที่มองผ่านผลึก

กิจกรรมทางแสงคืออะไร?

กิจกรรมทางแสงเป็นรูปแบบหนึ่งของการหักเหสองแนวแบบวงกลม ซึ่งตัวกลาง เช่น สารละลายน้ำตาลหรือควอตซ์ จะหมุนระนาบของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น เนื่องจากมันส่งผ่านโพลาไรเซชันแบบวงกลมซ้ายและขวาด้วยความเร็วที่แตกต่างกันเล็กน้อย