La principale différence entre les cristaux uniaxiaux et biaxiaux est que les cristaux uniaxiaux ont un seul axe optique alors que les cristaux biaxiaux ont deux axes optiques.
L'axe optique d'un cristal est la direction dans laquelle la lumière se propage à travers le cristal sans faire face à une double réfraction. Toutes les ondes lumineuses parallèles à cet axe ne subissent pas de double réfraction. En d'autres termes, le faisceau lumineux passe dans cette direction avec une vitesse qui ne dépend pas de la polarisation.
Que sont les cristaux uniaxiaux ?
Un cristal uniaxial est un élément optique qui a un seul axe optique. En d'autres termes, un cristal uniaxial a un axe cristallin différent des deux autres axes cristallographiques. Ex: na=nb≠ nc Cet axe unique est appelé axe extraordinaire. Lorsqu'un faisceau lumineux traverse un cristal uniaxial, ce faisceau lumineux se divise en deux fractions telles que le rayon ordinaire et le rayon extraordinaire. Le rayon ordinaire (o-ray) traverse le cristal sans aucune déviation. Le rayon extraordinaire (e-ray) dévie à l'interface air-cristal.
Il existe deux formes de cristaux uniaxiaux nommés cristal uniaxial négatif et cristal uniaxial positif. Si l'indice de réfraction des rayons o (no) est supérieur à celui des rayons e (ne), il s'agit alors d'un cristal uniaxial négatif. Mais si l'indice de réfraction du rayon électronique (ne) est plus petit que celui du rayon électronique, alors il s'agit d'un cristal uniaxial positif.(L'indice de réfraction est le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans le cristal). Des exemples de cristaux uniaxiaux négatifs incluent la calcite (CaCO3), le rubis (Al2O3), etc. Des exemples de cristaux uniaxiaux positifs incluent le quartz (SiO2), la sellaïte (MgF2), le rutile (TiO2), etc.
Que sont les cristaux biaxiaux ?
Un cristal biaxial est un élément optique qui a deux axes optiques. Lorsqu'un faisceau lumineux traverse un cristal biaxial, le faisceau lumineux se divise en deux fractions, les deux fractions étant des ondes extraordinaires (deux rayons e). Ces ondes ont des directions et des vitesses différentes. Les structures cristallines telles que orthorhombique, monoclinique ou triclinique sont des systèmes cristallins biaxiaux.
Les indices de réfraction pour un cristal biaxial sont les suivants:
- Le plus petit indice de réfraction est α (la direction correspondante est X)
- L'indice de réfraction intermédiaire est β (la direction correspondante est Y)
- Le plus grand indice de réfraction est γ (la direction correspondante est Z)
Figure 01: L'indicatrice d'un cristal biaxial. (Indicatrice est une surface ellipsoïdale imaginaire dont les axes représentent les indices de réfraction d'un cristal pour la lumière suivant différentes directions concernant les axes du cristal)
Cependant, ces directions optiques et indices de réfraction sont différents des axes cristallographiques sur la nature du système cristallin.
- Système cristallin orthorhombique – les directions optiques correspondent aux axes cristallographiques. Ex: les directions X, Y ou Z (indices de réfraction α, β et γ) peuvent être parallèles à l'un des axes cristallographiques (a, b ou c).
- Système cristallin monoclinique - l'une des directions X, Y et Z (indices de réfraction α, β et γ) est parallèle à l'axe cristallographique b tandis que les deux autres directions ne sont parallèles à aucune direction cristallographique.
- Système cristallin triclinique – aucune des directions optiques ne coïncide avec les axes cristallographiques.
Il existe deux types de cristaux biaxiaux, tels que les cristaux biaxiaux négatifs et les cristaux biaxiaux positifs. Les cristaux biaxiaux négatifs ont leur β plus proche de γ que de α. Les cristaux biaxiaux positifs ont leur β plus proche de α que de γ.
Quelle est la différence entre les cristaux uniaxiaux et biaxiaux ?
Cristaux uniaxiaux vs biaxiaux |
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| Un cristal uniaxial est un élément optique qui a un seul axe optique. | Un cristal biaxial est un élément optique qui a deux axes optiques. |
| Forme négative | |
| Un cristal uniaxial négatif a l'indice de réfraction des rayons o (no) supérieur à celui des rayons e (ne). | Un cristal biaxial négatif a son β plus proche de γ que de α. |
| Diviser le faisceau lumineux | |
| Lorsqu'un faisceau lumineux traverse un cristal uniaxial, le faisceau lumineux se divise en deux rayons nommés rayon ordinaire (rayon o) et rayon extraordinaire (rayon E). | Lorsqu'un faisceau lumineux traverse un cristal biaxial, le faisceau lumineux se divise en deux rayons étant tous deux des rayons extraordinaires (rayons électroniques). |
| Forme positive | |
| Un cristal uniaxial positif a l'indice de réfraction des rayons e (ne) inférieur à celui des rayons e (ne). | Un cristal biaxial positif a son β plus proche de α que de γ. |
| Exemples | |
| Quartz, calcite, rutile, etc. | Tous les systèmes cristallins monocliniques, tricliniques et orthorhombiques |
Résumé - Cristaux uniaxiaux vs biaxiaux
Les cristaux sont des substances dont les atomes sont disposés de manière bien ordonnée. De plus, ces deux cristaux sont de deux types: cristaux uniaxiaux et cristaux biaxiaux, en fonction du nombre d'axes optiques présents dans la structure cristalline. La différence entre les cristaux uniaxiaux et biaxiaux est que les cristaux uniaxiaux ont un seul axe optique alors que les cristaux biaxiaux ont deux axes optiques.
