שבירה כפולה (Birefringence) היא תופעה אופטית שבה קרן אור שעוברת דרך חומר מתפצלת לשתי קרניים עם קיטובים ניצבים. התופעה מתרחשת בגבישים בעלי סימטריה נמוכה, בחומרים אמורפיים תחת מאמץ ובעיקר בחומרים אנאיזוטרופיים. היא אינה מתרחשת בחומרים איזוטרופיים (שיש בהם אותן תכונות בכל כיוון).
חוק סנל קובע כיצד קרן אור משנה כיוון בחומר בעזרת מקדם השבירה. מקדם השבירה הוא מספר שמראה כמה האור מאט בתוך החומר יחסית לריק. בחומרים אנאיזוטרופיים מקדם השבירה תלוי גם בכיוון ההתקדמות של הקרן וגם בכיוון הקיטוב שלה. עבור קיטוב מסוים המהירות אינה תלויה בכיוון, זהו הגל הרגיל. עבור קיטוב אחר המהירות כן תלויה בכיוון, זהו הגל הבלתי רגיל. כאשר גל אור נכנס לחומר הוא בדרך כלל מורכב מרכיבים רגילים ובלתי רגילים; כל אחד מהם עובר לפי חוק סנל שונה, ולכן הקרן מתחלקת לשתי קרניים הנעות בזוויות שונות.
את התלות של מקדם השבירה בכיוון ובקיטוב מתאר טנזור, שאפשר לייצגו בשלושה מספרים בשם מקדמי השבירה העיקריים. אם שלושת המקדמים שונים קוראים לחומר דו-צירי. אם שניים שווים והשלישי שונה קוראים לו חד-צירי. אם כולם שווים מדובר בחומר איזוטרופי.
בגבישי שבירה כפולה המהירות של כל קרן בתוך החומר תלויה בכיוון ובקיטוב. הציר האופטי הוא כיוון שבו כל הקיטובים נעים עם אותה מהירות. בגביש דו-צירי יש שני כיוונים כאלה; בחד-צירי יש כיוון אחד.
גבישים בעלי שבירה כפולה משמשים לייצור רכיבים אופטיים כמו לוחיות גל (כלים שמחליפים קיטוב), מקטבים ומסנני צבע. התופעה גם משמשת לאיתור מאמצים בתוך חומרים.
התיאור הגאומטרי של התלות נעשה בעזרת אליפסואיד של פרנל. לאליפסואיד הזה שלושה צירים שאורכם הם מקדמי השבירה העיקריים. לחישוב מקדם השבירה בכיוון נתון חותכים את האליפסואיד במישור הניצב לכיוון ההתקדמות. החיתוך יוצר אליפסה, והאורך מהמרכז לשפה בכיוון הקיטוב נותן את מקדם השבירה המתאים. במקרה שהחיתוך הוא מעגל, כל הקיטובים נעים באותה מהירות. גביש דו-צירי מתאים לאליפסואיד כללי, גביש חד-צירי לאליפסואיד סיבוב, ואיזוטרופי לקירוב כדור.
שבירה כפולה היא מצב שבו קרן אור מתחלקת לשתי קרניים. הקרניים האלו מקוטבות בניצב זו לזו. קיטוב זה כיוון הרטט של האור.
התופעה מופיעה בגבישים מיוחדים ובחומרים שיש בהם הבדל בכיוונים. אם החומר זהה בכל הכיוונים קוראים לו איזוטרופי. זה לא יוצר שבירה כפולה.
מקדם השבירה הוא כמה האור מאט בחומר. בחומרים עם שבירה כפולה מקדם השבירה משתנה לפי הכיוון והקיטוב. לכן חלקי האור נעים במהירויות ובזוויות שונות.
יש גבישים שבהם יש "ציר אופטי". ציר אופטי הוא הכיוון שבו כל הקיטובים נעים באותה מהירות. בגביש אחד יכול להיות ציר אחד או שניים.
גבישי שבירה כפולה משמשים לייצור מקטבים ולוחיות גל. התופעה גם עוזרת לראות היכן יש מאמצים בחומר.
תגובות גולשים