Doppelbrechung ist eine Eigenschaft bestimmter kristalliner Strukturen, bei denen ein durch den Kristall tretender Lichtstrahl in zwei ungleiche Wellen zerlegt wird, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten hindurchtreten. Diese Eigenschaft wird auch als Doppelbrechung bezeichnet. In einem klassischen Beispiel für die Funktionsweise von Doppelbrechung, wenn ein Stück doppelbrechendes Material auf ein Stück Papier mit einem Punkt darauf gelegt wird, erscheinen zwei Versionen des Punkts. Turmalin, Calcit, Eis und Quarz sind alle doppelbrechend.
Diese Eigenschaft zeigt sich, wenn ein Kristall optisch anisotrop ist. Wenn etwas als anisotrop bezeichnet wird, bedeutet dies, dass seine Eigenschaften je nach Messrichtung variieren können, anstatt dass etwas isotrop ist, in diesem Fall sind die Eigenschaften aus allen Winkeln gleich. Im obigen Beispiel mit einem Block aus doppelbrechendem Kristall, der auf einem Blatt Papier mit einem Punkt liegt, bewegt sich einer der Punkte, wenn das Papier gedreht wird, da sich der Brechungsindex mit dem Winkel ändert.
Bei der Doppelbrechung werden zwei Lichtwellen erzeugt. Die erste ist die gewöhnliche Welle, und sie bleibt in ihrer Richtung fest, wobei das Licht ohne Unterbrechung gerade durch den Kristall geht. Die zweite Welle ist als außerordentliche Welle bekannt und bewegt sich, wenn der Kristall gedreht wird. Die außergewöhnliche Welle umkreist die gewöhnliche Welle, ändert sich, wenn sie auf verschiedene Bereiche des Kristalls trifft und sich unterschiedlich bricht. Dies liegt daran, dass sich die Polarisation des Lichts ändert, wenn das Objekt neu ausgerichtet wird.
Diese Eigenschaft kann für eine Reihe von interessanten Anwendungen genutzt werden. Doppelbrechende optische Filter können an einer Vielzahl von Geräten installiert werden, um beispielsweise Doppelbrechung zu nutzen. Spezialisierte doppelbrechende Glasprodukte werden in verschiedenen wissenschaftlichen Experimenten und industriellen Prozessen verwendet, und Calcit wird auch häufig in Anwendungen verwendet, bei denen Doppelbrechung erwünscht ist. Es ist auch möglich, dreibrechende Materialien zu sehen, bei denen es drei Brechungsindizes gibt.
Brillenträger können die Doppelbrechung erforschen, indem sie mit den Rändern ihrer Brillengläser experimentieren. Wenn die Brille richtig positioniert ist, sollte es möglich sein, ein Bild in ein doppeltes Muster zu zerlegen, das durch die unterschiedlichen Brechungsindizes an den Rändern einer Brille verursacht wird. Auch bei vielen Glasarten kann Doppelbrechung nachgewiesen werden; wenn das Glas bewegt wird, sollten sich die Brechungsindizes ändern, wodurch die ordentlichen und außerordentlichen Strahlen in Form eines sich bewegenden Doppelbildes sichtbar werden.