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In der Kristalloptik bezeichnet die optische Achse (oft auch c-Achse genannt) die Richtung in einem optisch anisotropen (doppelbrechenden) Kristall, entlang derer jede Polarisationskomponente eines Lichtstrahls die gleiche Brechzahl erfährt. Die meisten Kristalle sind optisch anisotrop. In solchen Kristallen hängt die Brechzahl von der Polarisation und der Ausbreitungsrichtung des Lichtes ab.
In uniaxialen Kristallen gibt es eine optische Achse, die in Richtung der unikalen Hauptbrechzahl liegt. In biaxialen Kristallen gibt es zwei optische Achsen. Sie liegen in der Ebene, die die Vektoren der kleinsten und der größten der drei Hauptbrechzahlen (Hauptbrechachsen) aufspannen. Eine optische Achse ist durch Spiegelung an einer dieser beiden Hauptbrechachsen in die andere optische Achse überführbar.
Im uniaxialen Kristall verhält sich ein Lichtstrahl entlang der optischen Achse wie in einem isotropen Kristall. Im biaxialen Kristall entstehen aus einem Lichtstrahl, der entlang der optischen Achse läuft, für Polarisationskomponenten in Richtung der mittleren der drei Hauptbrechachsen ein ordentlicher Strahl und für alle anderen Polarisationskomponenten ein außerordentlicher Strahl, der für jede Polarisationskomponente eine andere Ausbreitungsrichtung besitzt. Aufgrund der gleichen Brechzahlen aller Polarisationskomponenten sind alle Polarisationsrichtungen gleichberechtigt und es findet keine diskrete Aufspaltung in zwei Strahlen statt. Stattdessen kommt es zur konischen Brechung des außerordentlichen Strahls. Das bedeutet für unpolarisiertes Licht, dass man einen Strahlkegel sieht, der die optische Achse in seiner Mantelfläche enthält.
