Что такое двупреломление минералов
Двупреломление как диагностический признак
Симпсонит – один из редких коллекционных ювелирных камней. Этот минерал в виде выделений, имеющих ювелирное качество, встречен в Австралии, Бразиллии и Зимбабве.
Сегодня расскажем о трёх минералах, названных в честь исследователей, встречающихся в виде включений в сапфире, важных для его диагностики и определения факта термообработки.
Последним из рассматриваемых нами минералов, встречающихся в чароитах и названных в честь геологов, минералогов и естествоиспытателей, является джерфишерит.
Декоративные изделия и личные украшения из кости млекопитающих известны еще из археологических находок, связанных с первыми людьми.
В настоящее время запрещён отлов черепах рода Eretmochelys, панцирь которых использовался для производства ювелирных изделий и галантереи.
Двупреломление
Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Впервые обнаружен на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным (o — ordinary), второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света, и называется необыкновенным (e — extraordinary).
Направление колебания вектора электрического поля необыкновенного луча лежит в плоскости главного сечения (плоскости, проходящей через луч и оптическую ось кристалла).
Нарушение закона преломления света необыкновенным лучом связанно с тем, что скорость распространения света (а значит и показатель преломления) волн с такой поляризацией, как у необыкновенного луча, зависит от направления. Для обыкновенной волны скорость распространения одинакова во всех направлениях.
Можно подобрать условия, при которых обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются по одной траектории, но с разными скоростями. Тогда наблюдается эффект изменения поляризации. Например, линейно поляризованный свет, падающий на пластинку можно представить в виде двух составляющих (обыкновенной и необыкновенной волн), двигающихся с разными скоростями. Из-за разности скоростей этих двух составляющих, на выходе из кристалла между ними будет некоторая разность фаз, и в зависимости от этой разности свет на выходе будет иметь разные поляризации. Если толщина пластинки такова, что на выходе из неё один луч на четверть волны (четверть периода) отстаёт от другого, то поляризация превратится в круговую (такая пластинка называется четвертьволновой), если один луч от другого отстанет на пол волны, то свет останется линейно поляризованным, но плоскость поляризации повернётся на некоторый угол, значение которого зависит от угла между плоскостью поляризации падающего луча и плоскостью главного сечения (такая пластинка называется полуволновой).
Природа явления
Качественно явление можно объяснить следующим образом. Из уравнений Максвелла для материальной среды следует, что фазовая скорость света в среде обратно пропорциональна величине диэлектрической проницаемости ε среды. В некоторых кристаллах диэлектрическая проницаемость — тензорная величина, зависит от направления электрического вектора, то есть от состояния поляризации волны, поэтому и фазовая скорость волны будет зависеть от ее поляризации.
Согласно классической теории света, возникновение эффекта связанно с тем, что переменное электромагнитное поле света заставляет колебаться электроны вещества, и эти колебания влияют на распространение света в среде, а в некоторых веществах заставить электроны колебаться проще в некоторых определённых направлениях.
Помимо кристаллов двойное лучепреломление наблюдается и в изотропных средах, помещённых в электрическое поле (эффект Керра), в магнитное поле (эффект Коттона — Мутона), под действием механических напряжений (фотоупругость). Под действием этих факторов изначально изотропная среда меняет свои свойства и становится анизотропной. В этих случаях оптическая ось среды совпадает с направлением электрического поля, магнитного поля, направлением приложения силы.
Двупрелломление
Быстрый поиск по тексту
Оптический эффект Двупрелломления
Двупреломлением называют оптический эффект суть которого заключается в раздвоении луча света при прохождении через кристалл минерала. В результате образуются два поляризованных луча, с отличающимися показателями скорости.
Схема разделения луча при прохождении через ирландский шпаг:
В каких камнях можно наблюдать
Двупреломление свойственно практически всем природным минералам, за исключением тех, у которых элементы кристаллической решетки выстроены в форме кубической сингонии. Этот оптический эффект можно наблюдать у большинства известных ювелирных камней. Исключение составляют: гранат, шпинель, алмаз.
Увидеть эффект двупреломления в домашних условиях легко, даже при помощи лупы с кратностью увеличения в 8 – 12 раз. В качестве опытного образца удобно взять циркон. При наведении фокуса на ребра этого минерала легко заметить их схождение в колете. Двойную линию от преломленных лучей будет видно на стыке двух граней. Для сравнения, при аналогичных условиях, на алмазе будет видна четкая одна линия.
Физический процесс двупреломления
После разделения, световой луч не только поляризуется, но и приобретает свою скорость. Каждый из ювелирных камней обладает своими показателями преломления двух лучей, который рассчитывается в виде разницы между их скоростями. Данное соотношение является важным критерием для классификации ювелирных самоцветов. Ниже приведены цифры по некоторым из них:
Указанные показатели могут незначительно изменяться в зависимости от цветового тона того или иного экземпляра. Например, голубой и золотой цирконы имеют 0,059. В то время, как у зеленого циркона, эта цифра стремиться к «0». В ювелирном деле, для более детального рассмотрения двупреломления, целесообразнее применять микроскоп с кратностью увеличения: 25-60. Для каждого отдельного показателя двупреломления, установлено: чем он ниже, тем четче видно лучи.
Одно- и двухосное преломление
Единственное направление лучей имеют камни с тетрагональной, гексагональной или тригональной сингониями строения кристаллической решетки. Это одноосные камни. К ним относятся:
Минералам с кристаллической решеткой в форме ромбической, моноклинной, триклинной сингоний, свойственны две оптические оси:
Эффект двупрелломления в синтетических минералах
Искусственным камням свойственны очень высокие показатели двупреломления. Например, у синтетического рутила настолько большое преломление, что если не поддать его специальной обработке, на минерале все равно будет размытый оптический эффект, даже после его огранки.
Двупреломление. Методы определения двупреломления
По отношению к поляризованному свету кристаллы разделяются на две группы: оптически изотропные, обладающие одинаковыми оптическими свойствами по всем направлениям, оптически анизотропные, свойства которых меняются в зависимости от направления.
Луч света, входя в пластинку анизотропного минерала, разлагается на два луча с разными показателями преломления, распространяющиеся с различными скоростями и колеблющиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это явление получило название двойного лучепреломления или двупреломления.
Значения D для различных минералов колеблются в довольно широких пределах. Так, для нефелина она равна0,005-0,006, для оливина 0,03500,040, а для кальцита 0,172-0,180.
Луч света, входя в кристалл, раздваивается, и каждая из световых волн распространяется в кристалле с разной скоростью. В результате один луч обгоняет другой, и между ними возникает разность хода (R). Величина разности хода измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в анизотропной сред, т.е. толщине кристаллической пластинки (d), в нашем случае толщине шлифа, и силе двупреломления данного кристалла (D): R= dD (Ng-Np).
Наличие определенной разности хода при прохождении световых лучей через анализатор обуславливает их интерференцию, вследствие чего зерна минералов при изучении их под микроскопом приобретают интерференционные окраски.
Причем каждому значению разности хода соответствует своя интерференционная окраска.
При определении силы двупреломления пользуются таблицей Мишеля-Леви, которая является графическим выражением зависимости R=dD.
Слева по вертикали отложена толщина шлифа, по горизонтали значения разности хода, каждому отвечает определенная интерференционная окраска.
При увеличении разности хода цветные полоски периодически повторяются, что позволяет разбить их на порядки. К первому порядку относятся цвета серый, белый, желтый, оранжевый и красный. В первом порядке нет синего и зеленого. При изучении интерференционной окраски минерала необходимо уметь определять её порядок. Для этого пользуются «правилом каемок»: по периферии зерна наблюдается серия цветных каемок, последовательно повторяющая цвета таблицы Мишеля-Леви.
Практически для определения силы двупреломления минерала необходимо в шлифе отыскать его зерно с наивысшей интерференционной окраской.
ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ДВУПРЕЛОМЛЕНИЯ
1.Выбрать разрез минерала с наивысшей интерференционной окраской.
2.Поставить выбранное зерно на крест нитей, вращением столика микроскопа привести его в положение погасания.
3.От положения погасания повернуть столик на 45ов любую сторону. Этим добиваются максимального просветления минерала, во-первых, и параллельного прорези в микроскопе, куда вводится компенсатор (кварцевый клин), направления колебаний в кристалле, во-вторых.
4.В прорезь микроскопа тонким концом вперед вводить кварцевый клин и наблюдать смену интерференционных окрасок на данном зерне:
§ цвета сменяются последовательно и компенсации не происходит;повернуть столик микроскопа на 90 (или на 45 в противоположную сторону от положения погасания) и снова ввести клин, наблюдая за сменой окрасок до появления темно-серого цвета.
5.Определить, к какому порядку относится данная интерференционная окраска, т.е. установить разность хода в исследуемом минерале. Для этого вынимая клин, по смене интерференционных окрасок на канадском бальзаме определяют порядок того цвета,
6.По таблице Мишель-Леви определить величину двупреломления минерала. По горизонтальной линии, соответствующей толщине шлифа (0,03 мм), находят цвет, который был компенсирован. По проходящей из угла диаграммы линии для этого цвета на верхней части диаграммы смотрят значение двупреломления
Двойное лучепреломление
Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Впервые обнаружен датским ученым Расмусом Бартолином на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным (o — ordinary), второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света, и называется необыкновенным (e — extraordinary).
Содержание
Описание
Нарушение закона преломления света необыкновенным лучом связанно с тем, что скорость распространения света (а значит и показатель преломления) волн с такой поляризацией, как у необыкновенного луча, зависит от направления. Для обыкновенной волны скорость распространения одинакова во всех направлениях.
Можно подобрать условия, при которых обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются по одной траектории, но с разными скоростями. Тогда наблюдается эффект изменения поляризации. Например, линейно поляризованный свет, падающий на пластинку можно представить в виде двух составляющих (обыкновенной и необыкновенной волн), двигающихся с разными скоростями. Из-за разности скоростей этих двух составляющих, на выходе из кристалла между ними будет некоторая разность фаз, и в зависимости от этой разности свет на выходе будет иметь разные поляризации. Если толщина пластинки такова, что на выходе из неё один луч на четверть волны (четверть периода) отстаёт от другого, то поляризация превратится в круговую (такая пластинка называется четвертьволновой), если один луч от другого отстанет на пол волны, то свет останется линейно поляризованным, но плоскость поляризации повернётся на некоторый угол, значение которого зависит от угла между плоскостью поляризации падающего луча и плоскостью главного сечения (такая пластинка называется полуволновой).
Природа явления
Качественно явление можно объяснить следующим образом. Из уравнений Максвелла для материальной среды следует, что фазовая скорость света в среде обратно пропорциональна величине диэлектрической проницаемости ε среды. В некоторых кристаллах диэлектрическая проницаемость — тензорная величина — зависит от направления электрического вектора, то есть от состояния поляризации волны, поэтому и фазовая скорость волны будет зависеть от ее поляризации.
Согласно классической теории света, возникновение эффекта связанно с тем, что переменное электромагнитное поле света заставляет колебаться электроны вещества, и эти колебания влияют на распространение света в среде, а в некоторых веществах заставить электроны колебаться проще в некоторых определённых направлениях.
Помимо кристаллов двойное лучепреломление наблюдается и в изотропных средах, помещённых в электрическое поле (эффект Керра), в магнитное поле (эффект Коттона — Мутона, эффект Фарадея), под действием механических напряжений (фотоупругость). Под действием этих факторов изначально изотропная среда меняет свои свойства и становится анизотропной. В этих случаях оптическая ось среды совпадает с направлением электрического поля, магнитного поля, направлением приложения силы.