אופטיקה של שבירה כפולה

שבירה כפולה, הנקראת גם הצפת פנים, תכונה אופטית בה קרן יחידה של אור לא מקוטע הנכנסת למדיום אניסוטרופי מפוצלת לשתי קרניים, שכל אחת מהן נעה בכיוון אחר. קרן אחת (המכונה הקרן יוצאת הדופן) מכופפת, או שבורה, בזווית בה היא עוברת דרך המדיום; הקרן השנייה (המכונה הקרן הרגילה) עוברת במדיום ללא שינוי.

קרינה: שבירה כפולה

בשבירה כפולה, האור נכנס לקריסטל שתכונותיו האופטיות נבדלות זו מזו לאורך שניים או יותר מצירי הגביש. מה נצפה

ניתן לראות שבירה כפולה על ידי השוואה בין שני חומרים, זכוכית וקלציט. אם מצויר סימן עיפרון על דף נייר ואז מכוסה בפיסת זכוכית, תיראה תמונה אחת בלבד; אבל אם אותו נייר מכוסה חתיכת קלציט, והגביש מכוון לכיוון ספציפי, אז ייראו שני סימנים.

באיור מופיעה תופעת השבירה הכפולה דרך גביש קלציט. נראה כי קרן אירוע מתפצלת לקרן CO הרגילה ולקרן יוצאת הדופן CE עם כניסתה לפנים הגבישית ב- C. אם קרן האירוע נכנסת לגביש בכיוון ציר האופטי שלה, לעומת זאת, קרן האור לא תתחלק.

בשבירה כפולה, הקורה הרגילה והקרן יוצאת הדופן מקוטבות במישורים הרוטטים בזווית ישרה זה לזה. יתר על כן, מדד השבירה (מספר הקובע את זווית הכיפוף הספציפית לכל מדיום) של הקרן הרגילה הוא קבוע לכל הכיוונים; אינדקס השבירה של הקרן יוצאת הדופן משתנה בהתאם לכיוון שצולם מכיוון שיש בו רכיבים מקבילים וגם בניצב לציר האופטי של הגביש. מכיוון שמהירות גלי האור במדיום שווה למהירותם בוואקום המחולק במדד השבירה לאורך גל זה, קרן יוצאת דופן יכולה לנוע מהר יותר או איטי יותר מאשר קרן רגילה.

כל הגבישים השקופים פרט לאלה של המערכת הקובית, שהם בדרך כלל איזוטרופיים באופן אופטי, מראים תופעה של שבירה כפולה: בנוסף לקלציט, כמה דוגמאות ידועות הן קרח, נציץ, קוורץ, סוכר וטורמלין. חומרים אחרים עלולים להפוך למצב של עיכול בנסיבות מיוחדות. לדוגמה, פתרונות המכילים מולקולות ארוכות שרשרת מראים שבירה כפולה כאשר הם זורמים; תופעה זו נקראת הזרמת דו-כיוונית. חומרים פלסטיים הבנויים ממולקולות פולימר ארוכות שרשרת עלולים גם הם להיות שבירים כפול כאשר דחוסים או מתוחים; תהליך זה מכונה פוטואלסטיות. חומרים איזוטרופיים מסוימים (למשל, זכוכית) עשויים אף להפגין התנגדות עמידה כאשר הם ממוקמים בשדה מגנטי או חשמלי או כאשר הם נתונים ללחץ חיצוני.