Введение
Различные минералы имеют различные, характерные для каждого из них, показатели преломления, величина которых является их важной оптической константой. Показатель преломления минералов всегда больше единицы.
Все кристаллические вещества по оптическим свойствам подразделяются на две группы: оптически изотропные и оптически анизотропные.
Изотропными являются те вещества, в которых свет распространяется во всех направлениях с одинаковой скоростью, а следовательно, и показатель преломления для всех направлений в кристалле постоянен.
К этой группе принадлежат кристаллы кубической сингонии, как например, гранат, флюорит и другие, а также все аморфные (некристаллические) тела: стёкла, смолы и, в частности, канадский бальзам.
Анизотропными являются те вещества, скорость распространения света в которых меняется в зависимости от направления, а следовательно, они обладают и различными показателями преломления для различных направлений. К этой группе принадлежат кристаллы средних и низших сингоний.
В отличие от сред изотропных в анизотропных кристаллических средах при прохождении через них света происходит явление двойного лучепреломления.
Двойное лучепреломление заключается в том, что естественная световая волна, входя в кристалл, распадается на две плоскополяризованных волны, колебания которых совершаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях и одновременно перпендикулярны направлению их распространения. Так как анизотропная среда векториальна (т.е. свойства её зависят от направления), то и скорость распространения этих двух волн, колебания которых совершаются в различных направлениях, будет различной.
Таким образом, в кристаллах средних и низших сингоний в результате двойного лучепреломления свет распространяется в одном и том же направлении с двумя различными скоростями и, следовательно, каждое из направление в такой среде характеризуется двумя показателями преломления.
Но в анизотропных кристаллах имеется одно или два направления, в которых двойного лучепреломления не происходит. Свет проходит в том направлении, как свет естественный.
Направление, в котором не происходит двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла.
В соответствии с тем, обладает ли кристалл одной или двумя оптическими осями, анизотропные тела подразделяются на: оптически одноосные и оптически двуосные.
К оптически одноосным веществам относятся кристаллы средних сингоний: тригональной, тетрагональной и гексагональной. К оптически двуосным – кристаллы низших сингоний: ромбической, моноклинной и триклинной.
Оптически одноосные кристаллы
В кристаллах средних сингоний при двойном лучепреломлении одна из двух плоскополяризованных световых волн распространяется во всех направлениях с одинаковой скоростью, вторая же меняет свою скорость в зависимости от направления. Первая носит название обыкновенной волны и ей соответствует показатель преломления no, имеющий постоянную величину для всех направлений в кристалле. Волна, меняющая свою скорость в зависимости от направления, называется необыкновенной, и ей соответствует показатель преломленияne, величина которого для различных направлений различна.
В зависимости от относительных соотношений величин показателей преломления no иne различают кристаллы оптически положительные и оптически отрицательные.
Оптически положительными кристаллами принято считать те, у которых ne>no, а оптически отрицательными – у которыхne<no.
Оптическая ось является направлением, в котором не происходит двойного лучепреломления. Свет распространяется вдоль неё со скоростью обыкновенной волны, а следовательно, и величина показателя преломления в направлении оптической оси всегда будет равна no.
В направлении перпендикулярном оптической оси явление двойного лучепреломления выражено наиболее резко и поэтому здесь ne наиболее резко отличается отnoв сторону максимального или минимального значения показателя преломления.
Во всех остальных направлениях кристалла величина покателя преломления, соответствующая необыкновенной волне, имеет промежуточное между ne иnoзначение и обозначаетсяne`.
Оптической индикатрисой называется вспомогательная поверхность, построенная на величинах показателей преломления, отложенных в направлении колебания электрического вектора соответствующей световой волны, перпендикулярно к направлению распространения для той же волны.
Индикатриса оптически одноосных кристаллов
Для построения индикатрисы необходимо знать направление оптической оси кристалла, показатели преломления обыкновенных и необыкновенных световых волн для всех направлений в кристалле, а также учитывать положение оптики, согласно которому колебания необыкновенной световой волны совершаются в главном сечении кристалла, а колебание обыкновенной волны – в плоскости перпендикулярной оптической оси. При этом под главным сечением кристалла понимается сечение, проходящее через оптическую ось и падающий луч.
Индикатриса оптически положительных кристаллов, условием которых является ne>no, будет иметь форму эллипсоида вращения, вытянутого по оптической оси. Индикатриса оптически отрицательных кристаллов, условием которых являетсяne<no, имеет форму эллипсоида вращения, сплюснутого по оптической оси.