La birifrangenza è una proprietà esibita da alcuni tipi di strutture cristalline in cui un raggio di luce che passa attraverso il cristallo viene spezzato in due onde disuguali che passano a velocità diverse. Questa proprietà è nota anche come doppia rifrazione. In un classico esempio di come funziona la birifrangenza, se un pezzo di materiale birifrangente viene posizionato su un pezzo di carta con un punto, appariranno due versioni del punto. Tormalina, calcite, ghiaccio e quarzo sono tutti di natura birifrangente.
Questa proprietà si manifesta quando un cristallo è otticamente anisotropo. Quando si dice che qualcosa è anisotropo, significa che le sue proprietà possono variare a seconda della direzione della misurazione, piuttosto che qualcosa che è isotropo, nel qual caso le proprietà saranno le stesse da tutti gli angoli. Nell’esempio sopra con un blocco di cristallo birifrangente posto sopra un pezzo di carta con un punto, mentre la carta viene ruotata, uno dei punti si sposterà, perché l’indice di rifrazione cambia con l’angolo.
Nella birifrangenza vengono generate due onde di luce. La prima è l’onda ordinaria, e rimarrà fissa nella direzione, con la luce che passa diritta attraverso il cristallo senza interruzione. La seconda onda è conosciuta come l’onda straordinaria e si muove quando il cristallo viene ruotato. L’onda straordinaria circonda l’onda ordinaria, cambiando quando colpisce diverse aree del cristallo e si rifrange in modo diverso. Questo perché la polarizzazione della luce cambia quando l’oggetto viene riorientato.
Questa proprietà può essere sfruttata per una serie di usi interessanti. I filtri ottici birifrangenti possono essere installati su una varietà di dispositivi per sfruttare la birifrangenza, ad esempio. Prodotti di vetro birifrangente specializzati sono utilizzati in vari esperimenti scientifici e processi industriali, e la calcite è anche comunemente utilizzata in applicazioni in cui si desidera la birifrangenza. È anche possibile vedere materiali tririfrangenti, in cui sono presenti tre indici di rifrazione.
Le persone che indossano gli occhiali possono esplorare la birifrangenza sperimentando con i bordi delle lenti. Quando gli occhiali sono posizionati correttamente, dovrebbe essere possibile spezzare un’immagine in uno schema raddoppiato, causato dai diversi indici di rifrazione trovati lungo i bordi di un paio di occhiali. La birifrangenza può essere dimostrata anche con molti tipi di vetro; man mano che si muove il vetro, gli indici di rifrazione dovrebbero cambiare, rendendo visibili i raggi ordinari e straordinari sotto forma di una doppia immagine che si muove.