Çift kırılma

Çift kırılma (ya da ikili kırılma), bir ışının (foton huzmesi) anisotropik (eşyönsüz) maddelerden geçerken iki ışına ayrışmasıdır. Kalsit ya da boron nitrit bu türden maddelere örnek olarak verilebilir. Bu etki ilk olarak Danimarkalı bilim adamı Rasmus Barthonlin tarafından 1669da kalsit üzerinde gözlemlendi. Bu etkinin belli plastik, manyetik, çeşitli kristal yapıda olmayan maddeler ve sıvı kristallerde de olur.

Böylelik ışık doğrusal biçimde polarize olmuş sıradan ve sıra dışı olarak adlandırılan iki ışına ayrılır. Işık optik eksene paralel ya da dik giderken istisnalar oluşabilir. İlk durumda, hem polarizasyon hem de ışınlar sıradandır ve ayrılmazlar. İkinci durumda ise, bileşenlere ayrılma olmaz fakat iki bileşen farklı hızlarda hareket ederler ve bu etki doğrusal polarizasyonla çembersel ya da elipssel polarizasyon arasında dönüşüm yapmak için kullanılabilir.

Çift kırılma aynı zamanda çift eksenli anizotropik maddelerde de oluşur, buna üçlü kırılma da denir, ama onun tanımı tabiî ki daha karmaşıktır.

Birçok plastik çift kırılma gösterir, çünkü yapılarındaki maddeler ‘donmuş’ halde bulunurlar. Örneğin selefon ucuz bir çift kırılır maddedir ve Polaroid levhalar genellikle diğer plastiklerin çift kırılma yönünü bulmakta kullanılır. Çift kırılır maddeler ışığın polarizasyonunu değiştiren birçok alette kullanılır. Bakınız polarize prizmalar, and Lyot filtreleri.

Çift kırılma amiloid plaklarda da gözlemlenebilir, Alzheimer hastalarının beyinlerinde bu maddeden vardır. İmmunoglobulin gibi değiştirilmiş proteinler hücrelerin arasında birikerek fibrilleri oluştururlar. Çok katlı bu fibril yapılar polarize ışık altında incelendiğinde çift kırılma gösterirler.

Optik fiberlerdeki ufak pürüzler çift kırılmaya yol açabilir, ki bu da iletişimde bozulmaya sebep olur. Bu pürüzler geometrik hatadan ya da fotoelastik etkilerden kaynaklanabilir.

Genellikle maddeler için öyle iki polarizasyon yönü vardır ki madde tek bir kırılma indisi varmış gibi davranır. Tek eksenli maddelerde, bu polarizasyonlar sıradan ve sıra dışı olarak adlandırılırlar (e ve o). Çift eksenli maddelerde ise buna benzer üç tane indis vardır ve iki ışın yavaş ve hızlı olarak adlandırılırlar. Yavaş ışın en yüksek kırılma indisine sahiptir.

Tek eksenli maddelerde z-ekseni optik eksen olarak tanımlanır. xz düzleminde ilerleyen ışınların indisi ve arasında z ekseni ile yaptığı açıya göre değişir.

Tek eksenli çift kırılır maddeler pozitif ve negatif olmak üzere ikiye ayrılır. Eğer optik eksen doğrultusunda gelen ışığın kırılma indisi, eksene dik gelen ışığınkinden büyükse pozitif; küçükse negatiftir. Diğer bir deyişle, pozitif çift kırılmaya sahip maddelerde, yavaş ışığın polarizasyonu optik eksene paraleldir, ya da tam tersi.

Lipid ikili-katmanlarının çift kırılması ikili polarizasyon interferometresiyle ölçülür. (dual polarisation interferometry) Bu katmanlardaki sıranın derecesinin ölçümünü verir ve diğer biomoleküllerle etkileşmenin bu sıraya nasıl etki ettiğini.

Optik mikroskopların genel bir özelliği bir çift polarize filtreye sahip olmalarıdır. Bu çapraz polarize filtrelerin arasında, çift kırılır bir madde koyu bir arka planda parlak olarak gözükür.

Kalsiyum karbonat,kalsit gibi sabit bileşiklerde, kırılma indisi gelen ışığın yönüne bağlıdır. Kırılma aynı zamanda bileşiğe de bağlıdır ve Gladstone-Dale bağıntısı kullanılarak hesaplanabilir.

Çift kırılma, LCD’ler, ışık ayarlayıcıları, renk filtreleri, dalga levhaları, optik eksen ızgaraları gibi birçok optik alette kullanılır. Aynı zamanda ikinci harmonik oluşumu gibi doğrusal olmayan işlemlerde önemli rol oynarlar.

Elektronik kameralarda alçak frekansları geçiren filtreler olarak kullanılırlar. Kristalin kalınlığı kontrol edilerek görüntü bir tarafa dağıtılabilir. Bu bütün televizyonların ve elektronik kameraların doğru çalışabilmesi için önemlidir.

Çift kırılma medikal tanılarda kullanılır. Gut hastalarından alınan sıvı negatif çift kırılma gösterir. (Urate kristalleri) Kalsiyum pyrophosphate ise pozitif kırılım gösterir. Böylece düzenleyici filtre altında kırmızı ya da sarı renklere bakılarak ayırt edilebilirler.

Göz biliminde ise, lazer polarimetresi tarayıcısı retinadaki sinir ağ tabkalarının çift kırılma özelliğini kullanarak kalınlığını ölçer, bu da glokom hastalığının değerlendirilmesinde kullanılır.

Sperm başlarının çift kırılma özelliği, yapay döllenmede sperm seçmek için kullanılır. Benzer biçimde, en yüksek olasılıklı döllenmeyi sağlamak için yumurtayı seçmede kullanılır. Bunların yanı sıra silikoz hastalığının tespitinde de kullanılır.