Среда называется оптически анизотропной, если ее оптические свойства различны в разных направлениях. В этих средах законы распространения световых волн зависят от ориентации решетки кристалла относительно направления распространения волны, а также от состояния ее поляризации. Ярким примером такой зависимости служит явление двойного лучепреломления, которое наблюдается во многих природных минералах. Впервые это явление было обнаружено в кристаллах исландского шпата (СаСОз) в 1670 г.  Э. Бартололинусом.

 

Рис.7

 

Если на грань кристалла направить узкий пучок естественного света, то в кристалле этот пучок разделяется на два пучка, идущих по различным направлениям (рис.7). При выходе из кристалла оба пучка имеют направления, параллельные первоначальному, если кристалл достаточно толст, то они пространственно разделены.

Большинство других прозрачных кристаллов также в той или иной степени обнаруживают явление двойного лучепреломления. Не дают явления двойного лучепреломления кристаллы, принадлежащие к кубической системе (например, кристаллы каменной соли NaCl). Кристаллы, обладающие двойным лучепреломлением, подразделяются на одноосные и двуосные. У одноосных кристаллов имеется одно направление, вдоль которого оба луча распространяются с одинаковой скоростью (при распространении света в этом направлении нет двойного лучепреломления). Это направление называется оптической осью кристалла. Следует иметь в виду, что оптическая ось - это не прямая линия, проходящая через какую-то точку кристалла, а определенное направление в кристалле. Все прямые, параллельные этому направлению и взятые в любом месте кристалла, являются оптическими осями. Примером одноосных кристаллов может служить исландский шпат, кварц и турмалин. У двуосных кристаллов (слюды, гипса) имеется два направления, вдоль которых не наблюдается двойного лучепреломления.

Любая плоскость, проходящая через оптическую ось кристалла и падающий луч, называется главной плоскостью, или плоскостью главного сечения кристалла.

Исследование обоих лучей, возникших внутри кристалла, при двойном лучепреломлении, показали, что для одного из них отношение синуса угла падения (α) к синусу угла преломления (β)  sinα/sinβ остается постоянным при изменении угла падения. Этот луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью,  восстановленной к поверхности кристалла в точке падения. Таким образом, он удовлетворяет обычному закону преломления. Этот луч называется обыкновенным лучом.

Второй луч называется необыкновенным. Для него отношение sinα/sinβ не остается постоянным при изменении угла падения. Необыкновенный луч, как правило, не лежит в плоскости падения, т.е. в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Оба луча, обыкновенный и необыкновенный, полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. В обыкновенном луче колебания электрического вектора Е лежат на поверхности, перпендикулярной плоскости главного сечения кристалла. Луч, у которого колебания электрического вектора Е лежат в плоскости главного сечения кристалла, будет необыкновенным.