La birrefringencia es una propiedad que presentan ciertos tipos de estructuras cristalinas en las que un rayo de luz que atraviesa el cristal se rompe en dos ondas desiguales que lo atraviesan a diferentes velocidades. Esta propiedad también se conoce como doble refracción. En un ejemplo clásico de cómo funciona la birrefringencia, si se coloca una pieza de material birrefringente sobre una hoja de papel con un punto, aparecerán dos versiones del punto. La turmalina, la calcita, el hielo y el cuarzo son todos birrefringentes por naturaleza.
Esta propiedad se exhibe cuando un cristal es ópticamente anisotrópico. Cuando se dice que algo es anisotrópico, significa que sus propiedades pueden variar según la dirección de la medición, en lugar de algo que es isotrópico, en cuyo caso las propiedades serán las mismas desde todos los ángulos. En el ejemplo anterior, con un bloque de cristal birrefringente colocado encima de una hoja de papel con un punto, a medida que se gira el papel, uno de los puntos se moverá, porque el índice de refracción cambia con el ángulo.
En birrefringencia, se generan dos ondas de luz. La primera es la onda ordinaria, y permanecerá fija en la dirección, con la luz pasando directamente a través del cristal sin interrupción. La segunda onda se conoce como onda extraordinaria y se mueve a medida que se gira el cristal. La onda extraordinaria rodea la onda ordinaria, cambiando a medida que golpea diferentes áreas del cristal y se refracta de manera diferente. Esto se debe a que la polarización de la luz cambia a medida que se reorienta el objeto.
Esta propiedad se puede aprovechar para varios usos interesantes. Los filtros ópticos birrefringentes se pueden instalar en una variedad de dispositivos para aprovechar la birrefringencia, por ejemplo. Los productos de vidrio birrefringente especializados se utilizan en diversos experimentos científicos y procesos industriales, y la calcita también se utiliza comúnmente en aplicaciones donde se desea la birrefringencia. También es posible ver materiales trirrefringentes, en los que hay tres índices de refracción.
Las personas que usan anteojos pueden explorar la birrefringencia experimentando con los bordes de sus lentes. Cuando los anteojos están colocados correctamente, debería ser posible dividir una imagen en un patrón duplicado, causado por los diferentes índices de refracción que se encuentran a lo largo de los bordes de un par de anteojos. La birrefringencia también se puede demostrar con muchos tipos de vidrio; a medida que se mueve el vidrio, los índices de refracción deben cambiar, haciendo visibles los rayos ordinarios y extraordinarios en forma de una doble imagen que se mueve.