Двупреломление

До сих пор мы говорили о материалах, имеющих только один показатель преломления. Некристаллические вещества, например стекло и янтарь, или драгоценные камни, относящиеся к кубической сингонии, также входят в эту группу. Как показано на рис. 2, луч, проникший в эти вещества, дает один и преломленный луч. Такие материалы мы называем изотропными или однопреломляющими.

Однако кристаллические материалы, в том числе драгоценные камни, от­носящиеся к тетрагональной, тригональной, гексагональной, ромбической, моноклинной и триклинной сингониям (т. е. ко всем, кроме кубической), имеют два показателя преломления.

Рис. 9.3. Попадая в двупреломляющий материал, неполяризованный падающий свет (колебания происходит всех направлениях) расщепляется на два поляризованных луча.

Когда луч света проходит в такие материалы, он расщепляется на два луча, которые поляризованы под прямым углом друг к другу (рис. 3). Эти два поляризованных луча проходят через кристалл с разными скоростями и так же, как в случае со светом разных длин, волн, эти лучи преломляются по-разному. Драгоценные камни, в которых образуются два поляризованных луча, называются двупреломляющими или анизотропными.

У двупреломляющих драгоценных камней величина двупреломления дает ценную информа- цию для идентификации камня. Камни с высоким двупреломлением, такие как циркон, часто можно диагностировать по ясно видному удвоению изображения граней павильона, если их просматривать через площадку с помощью лупы.

Рефрактометр

Прибор, обычно используемый для определения показателя преломления, называется рефрактометром или рефрактометром критического угла. Чтобы понять, как он действует, вначале посмотрим на рис. 4. На нем по зано, что происходит с лучом света, падающим на границу раздела сред с различными углами (от 1₁ до /₅) и переходящим из оптически более плотной среды в менее плотную (например, в драгоценный камень).

Луч I₁, падающий под большим углом к нормали, отражается от поверхности раздела двух сред обратно в более плотную среду. Отраженный луч R₁ подчиняется законам отражения (угол I₁ONd = углу NdOR₁), в результате падающий луч I₁ испытывает полное внутреннее отражение в более плотной среде.

П

Менее плотная среда (драг. камень)

о мере уменьшения угла падения лучи продолжают отражаться в более плотную среду. Такое полное отражение продолжает тех пор, пока не будет достигнут критический угол полного внутреннего отражения (т. е. I₃ONd). С этого момента падающий луч I ₃ перестает подчиняться законам отражения и идет вдоль поверхности раздела двух сред (R₃) при дальнейшем уменьшении угла падения лучи (R₄ , R₅) подчиняются уже законам преломления, проходя в менее плотную среду.

Если стеклянная призма рефрактометра представляет собой оптически более плотную среду, а драгоценный камень —менее плотную, лучи приходящие через оптически более плотную среду (призму), будут отражаться от поверхности драгоценного камня обратно при углах падения све­та больше критического и, преломляясь, переходить в драгоценный камень при углах падения меньше критического.

Величина критического угла определяется показателями преломления как стеклянной призмы, так и драгоценного камня. Поскольку призма является частью рефрактометра, ее показатель преломления можно считать постоянным в результате чего критический угол обеспечивает прямое измерение показателя преломления драгоценного камня (чем больше критический угол, тем выше показатель преломления драгоценного камня). Между критическим углом и показателем преломления двух сред существует следующее соотношение:

Менее плотная среда (драгоценный

камень

Менее плотная среда (драгоценный

камень

п менее плотной следы (драгоценного камня)

Синус критического угла = ;

п более плотной среды (призмы рефрактометра)

п драгоценного камня = Синус критического угла х п призмы рефрактометра.

Конструкция рефрактометра такова, что обеспечивает прямое считывание величины показателя преломления. Но это возможно только в случае, когда показатель преломления драгоценного камня меньше, чем стеклянной призмы рефрактометра (если показатель преломления такой же или выше, все падающие лучи будут входить, преломляясь, в драгоценный камень).