En este vídeo se explica cómo se produce la doble refracción. Pero explica que si el rayo ordinario es horizontal y el extraordinario es vertical, el primero se retrasa menos que el segundo.
¡¿Eso es bastante lógico para todos los materiales, supongo?! Pero parece que la calcita es especial porque puede duplicar la refracción. Pero, ¿qué es lo que hace que la estructura de la calcita sea tan especial?
La estructura de la calcita es lo que hace que la estructura de la calcita sea tan especial.
La configuración de la red en este material específico lo hace anisótropo. Muchos materiales dieléctricos (¿la mayoría?) son isotrópicos, o están lo suficientemente cerca como para que los tratemos como tales, debido a que la estructura de la red es más simétrica. Esta simetría hace que el índice de refracción sea efectivamente independiente de la polarización. La configuración de la red de calcita no es simétrica, por lo que el campo eléctrico interactúa con ella de manera diferente según la polarización.
Aquí hay una explicación rápida de la doble refracción que resulta de los medios anisotrópicos.
El origen microscópico de la doble refracción es la disposición reticular del cristal. La simetría del sistema trigonal es lo que hace que la estructura de la calcita sea especial en comparación con los materiales no birrefringentes como el vidrio.
El índice de refracción está asociado a la polarizabilidad electrónica de los átomos. Puedes pensar en la onda electromagnética que pone a oscilar la nube electrónica. Esto origina un retraso en la propagación del campo y esto lo percibimos como una menor velocidad de la luz en el medio. Si la densidad de los átomos es diferente en dos direcciones diferentes, la velocidad de la luz y, por lo tanto, el índice de refracción es diferente en esas direcciones.
Solo las sustancias isotrópicas (líquidos y materiales amorfos como el vidrio) y los cristales cúbicos tienen un escalar simple como índice de refracción. Cualquier otra cosa necesita dos o tres índices para describir las propiedades ópticas (o incluso más cuando el material es quiral).
Lo especial de la calcita es que la diferencia entre sus índices de refracción es bastante grande. La calcita es carbonato de calcio. En el cristal, todos los iones de carbonato planos se encuentran en la misma orientación. La polarizabilidad es menor cuando el campo eléctrico es perpendicular al plano iónico que cuando el campo eléctrico es paralelo al plano iónico. Esto da una diferencia en el índice de refracción.
Muchos otros minerales comunes son birrefringentes: cuarzo, corindón, mica, etc., etc.