복굴절

정의

방향에 따라 굴절률이 다른 결정체에 입사한 빛이 방향이 다른 두 개의 굴절광으로 굴절되는 현상. 방해석에서 처음 발견하였다. 서로 수직인 방향으로 직선편광된 2개의 굴절광에 의해 상이 생긴다.

특징

1699년 E.바르톨리누스가 방해석에서 처음으로 관찰했다. 등축결정(等軸結晶)이 아닌 결정에서 이 현상을 관찰할 수 있다. 이런 결정은 방향에 따라 굴절률이 다르다. 따라서 광선이 광학축에 대해 기울어져 입사하면 굴절광은 둘로 갈라진다. 그리고 굴절광이 굴절의 법칙(스넬의 법칙)을 만족하면 정상광선, 굴절의 법칙을 만족하지 않으면 이상광선이라고 한다.

편광판을 회전시키면서 복굴절로 생긴 상(像)을 보면 한 쪽 상이 사라질 때에 다른 쪽 상이 가장 밝게 보이며, 90도 회전하면 반대의 현상이 나타난다. 그 사이 각에서는 밝기가 다른 두 개의 상이 보인다. 따라서 정상광선과 이상광선은 서로 수직으로 직선편광되어 있음을 알 수 있다. 니콜프리즘 등은 이를 이용하여 자연광에서 편광된 빛을 만드는 장치이다.

복굴절을 나타내는 결정으로는 광축(光軸)이 하나인 단축결정과 광축이 둘인 쌍축결정으로 나눌 수 있다. 단축결정으로 방해석·수정·전기석 등이 있고, 쌍축결정으로 운모·애라거나이트 등이 있다. 단축결정에서는 두 굴절광 중 하나는 정상광선이고 다른 하나는 이상광선인데 비해, 쌍축결정에서는 두 광선 모두 이상광선에 해당한다.

전기장의 진동방향(즉, 빛의 편광방향)이 광축에 대해 수직한 방향의 굴절률을 no, 수평한 방향의 굴절률을 ne이라고 했을 때, 복굴절의 정도는 다음과 같이 정의한다.

여기서 o는 정상광선(正常光線), e는 이상광선(異常光線)을 뜻하는 것이다. 이때 인 경우 음의 복굴절(nagative birefringence)을, 인 경우 양의 복굴절(positive birefringence)을 갖는다고 한다.

한편, 복굴절현상은 결정체뿐만 아니라 결정이 아닌 등방성(等方性) 물체에서도 변형을 시키면 나타난다. 물체 내부의 변형력분포를 조사하는 광(光)탄성실험 등은 이 현상을 응용한 것이다.

윤상영 2012년 11월 27일 (화) 21:17 (KST)