La diferència clau entre els cristalls uniaxials i biaxials és que els cristalls uniaxials tenen un únic eix òptic mentre que els cristalls biaxials tenen dos eixos òptics.
L'eix òptic d'un cristall és la direcció en què la llum es propaga a través del cristall sense enfrontar-se a una doble refracció. Totes les ones lluminoses que són paral·leles a aquest eix no pateixen doble refracció. És a dir, el feix de llum passa en aquesta direcció amb una velocitat que no depèn de la polarització.
Què són els cristalls uniaxials?
Un cristall uniaxial és un element òptic que té un sol eix òptic. En altres paraules, un cristall uniaxial té un eix de cristall diferent dels altres dos eixos cristal·logràfics. Ex: na=nb≠ nc Aquest eix únic es coneix com a eix extraordinari. Quan un feix de llum travessa un cristall uniaxial, aquest feix de llum es divideix en dues fraccions, com ara el raig ordinari i el raig extraordinari. El raig ordinari (o-ray) travessa el cristall sense cap desviació. El raig extraordinari (e-ray) es desvia a la interfície aire-cristall.
Hi ha dues formes de cristalls uniaxials anomenats cristall uniaxial negatiu i cristall uniaxial positiu. Si l'índex de refracció del raig o (no) és més gran que el del raig e (ne), llavors és un cristall uniaxial negatiu. Però si l'índex de refracció de l'e-ray (ne) és més petit que el de l'e-ray, llavors és un cristall uniaxial positiu.(L'índex de refracció és la relació entre la velocitat de la llum en el buit i la seva velocitat en el cristall). Alguns exemples de cristalls uniaxials negatius inclouen calcita (CaCO3), robí (Al2O3), etc. Exemples de cristalls uniaxials positius inclouen quars (SiO2), sellaite (MgF2), rutil (TiO2).), etc.
Què són els cristalls biaxials?
Un cristall biaxial és un element òptic que té dos eixos òptics. Quan un feix de llum travessa un cristall biaxial, el feix de llum es divideix en dues fraccions, sent les dues fraccions ones extraordinàries (dos raigs e). Aquestes ones tenen diferents direccions i velocitats diferents. Les estructures cristal·lines com l'ortoròmbica, la monoclínica o la triclínica són sistemes cristal·lins biaxials.
Els índexs de refracció d'un cristall biaxial són els següents:
- L'índex de refracció més petit és α (la direcció corresponent és X)
- L'índex de refracció intermedi és β (la direcció corresponent és Y)
- L'índex de refracció més gran és γ (la direcció corresponent és Z)
Figura 01: la indicatrix d'un cristall biaxial. (Indicatrix és una superfície el·lipsoïdal imaginària els eixos de la qual representen els índexs de refracció d'un cristall per a la llum seguint diferents direccions respecte als eixos del cristall)
No obstant això, aquestes direccions òptiques i índexs de refracció són diferents dels eixos cristal·logràfics sobre la naturalesa del sistema cristal·lí.
- Sistema cristal·lí ortorròmbic –les direccions òptiques corresponen als eixos cristal·logràfics. Ex: les direccions X, Y o Z (índexs de refracció α, β i γ) poden ser paral·leles a qualsevol dels eixos cristal·logràfics (a, b o c).
- Sistema cristal·línic monoclínic: una de les direccions X, Y i Z (índexs de refracció α, β i γ) és paral·lela a l'eix cristal·logràfic b, mentre que les altres dues direccions no són paral·leles a cap direcció cristal·logràfica.
- Sistema cristal·línic triclínic: cap de les direccions òptiques coincideix amb eixos cristal·logràfics.
Hi ha dos tipus de cristalls biaxials, com ara, els cristalls biaxials negatius i els cristalls biaxials positius. Els cristalls biaxials negatius tenen el seu β més proper a γ que a α. Els cristalls biaxials positius tenen el seu β més proper a α que a γ.
Quina diferència hi ha entre els cristalls uniaxials i biaxials?
Cristalls uniaxials vs biaxials |
|
| Un cristall uniaxial és un element òptic que té un sol eix òptic. | Un cristall biaxial és un element òptic que té dos eixos òptics. |
| Forma negativa | |
| Un cristall uniaxial negatiu té l'índex de refracció del raig o (no) més gran que el del raig e (ne). | Un cristall biaxial negatiu té el seu β més proper a γ que a α. |
| Divisió del raig de llum | |
| Quan un feix de llum travessa un cristall uniaxial, el feix de llum es divideix en dos raigs anomenats raig ordinari (raig O) i el raig extraordinari (raig E). | Quan un feix de llum travessa un cristall biaxial, el feix de llum es divideix en dos raigs, sent tots dos raigs extraordinaris (raigs e). |
| Forma positiva | |
| Un cristall uniaxial positiu té l'índex de refracció del raig-e (ne) és més petit que el del raig-e (ne). | Un cristall biaxial positiu té el seu β més proper a α que a γ. |
| Exemples | |
| Quars, calcita, rutil, etc. | Tots els sistemes de cristall monoclínic, triclínic i ortorròmbic |
Resum – Cristalls uniaxials i biaxials
Els cristalls són substàncies els àtoms de les quals estan disposats de manera ordenada. A més, aquests dos cristalls es troben de dos tipus com a cristalls uniaxials i cristalls biaxials, segons el nombre d'eixos òptics presents a l'estructura cristal·lina. La diferència entre els cristalls uniaxials i biaxials és que els cristalls uniaxials tenen un únic eix òptic mentre que els cristalls biaxials tenen dos eixos òptics.
