《04宝石的物理性质-3光学-折射》.ppt

第四章宝石的光学性质折射率和双折射率 三、折射率和双折射率 当光从空气进入到液体或固体时速度会降低很多。光进入到宝石时都会出现这种情况。 光进入某一材料时速度的变化会导致方向的变化，光线会发生 “弯曲” ，这种现象成为折射。 三、折射率和双折射率 当光线从空气（光疏介质）传播到宝石（光密介质）表面时，一部分光线按反射定律返回空气，一部分光线按折射定律进入宝石： 1、折射和折射率 定义：指光穿过两个不同光密度的介质时（入射线与分界呈90度除外），其传播方向发生变化的现象。 ①对给定的任何两种相接触的介质及给定波长的光来说，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数， sinｉ/sin r=n。 ｉ为入射角，r为折射角， 对于给定的任何两种介质来说，n为一常数，称第二介质（折射介质）对第一介质（入射介质）的相对折射率。如果入射介质为真空，n称为折射介质的绝对折射率，简称折射率。 宝石的折射率N等于入射角 i 的正弦与折射角 r 的正弦之比，又可以表示为光在空气中的传播速度Vi与光在宝石中的传播速度Vr之比，它是一常数。 例：已知光在空气的传播速度为300000km/s ,在钻石中的传播速度为123967km/s ,则钻石的折射率为： ②入射线、折射线以及法线均位于同一平面内。 当光从光疏介质进入光密介质时，光线是偏向法线而折射的； 当光线从光密介质进入光疏介质时，光线是偏离法线而折射的，这时所产生的折射角总比入射角要大。 当光从光密介质进入光疏介质，并当入射角增大到足以使折射线沿两介质之间的分界面通过，即折射角等于90度时，这个角称为临界角 全反射 全反射；以临界角（折射角等于900时）为基准，所有小于临界角的角度与分界面相遇的入射光，将离开光密度较大的物质而进入光疏介质中。所有大于临界角的入射光与分界面相遇时，将发生全内反射（遵守反射定律）并留在光密度较大的物质中。 临界角：折射角等于900时的入射角。 若光密介质的折射率为N，光疏介质的折射率为n，Φ为临界角，则 　　sinΦ/sin90=n/N n = N×sinΦ 　由此可见，如果当光密介质的折射率N为已知时，则光疏介质（宝石）的折射率n可由全内反射的临界角计算出来，这便是设计和制作宝石折射率仪所依据的基本原理。 宝石的折射率与光在其晶体中的传播速成度成反比。传播速度越小，折射率越大；反之，则折射率小。 折射率是宝石的一种稳定光常数，各种宝石都其固定的折射率值，所以是鉴定宝石的重要依据。 例如： 钻石 2.42 红宝石 1.762~1.770 黄玉 1.619~1.627 水 晶 1.544~1.553 各向同性材料 立方晶系和具有非晶质结构的宝石材料允许光以相同的速度从所有方向通过。这种材料被说成是光学各向同性的，既 “光学性质到处都一样”。 光学各向同性材料：在穿过材料的所有方向上均表现出相同的光学性质。只有一个折射率。又称为均质体。 例如：钻石、石榴石、萤石、尖晶石、立方氧化锆、玻璃、欧泊等等。 光学各向异性材料 结晶成除立方晶系以外的其他六个晶系的材料材料对光的作用在不同方向上 不同，这些材料被称为光学各向异性的。 光学各向异性材料：在穿过它的不同方向上表现出不同的光学性质。又称为非均质体。 非均质体 其光学性质随方向而异。 当光波进入非均质体宝石时，一般会分解成振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两束偏振光，这一现象称为光的双折射。 双折射和双折射率是识别宝石的主要特征之一。 2、双折射和双折射率 （1）偏振光 自然光经宝石（特别是各向异性宝石）反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可转变成只在一个固定方向内振动的光波，这种光称为偏振光。 偏振光是在单一平面内并只在与传播方向垂直的一个方向上振动的光。 （2）一轴晶、二轴晶 自然光在非均质体中传播，一般情况下均发生双折射现象，但也有一个或两个不发生双折射的方向，不发生双折射的方向就是该晶体的光轴方向，也称光轴。 光轴：是各向异性晶体结构中当平行于它时只发生单折射的方向。 非均质体晶体又可分为：一轴晶和二轴晶 。 ① 一轴晶 在非均质体中，只有一个方向不发生双折射的晶体，称一轴晶。 属于一轴晶（四方、三方、六方晶系）。 二个折射率Ne、No。 NeNo，正晶；NeNo，负晶。 E光线：振动方向平行于C轴。 O光线：振动方向垂直于E光线。 如：红宝石、 蓝宝石、祖母绿、碧玺、水晶。 ② 二轴晶 在非均质体中，有两个方向不发生双折射的晶体，称二轴晶。 属于二轴晶的宝石有斜方晶系、单斜晶体系、三斜晶系的宝石。 三个主折射率Ng、Nm、Np。 正