四、宝石的折射率

范文一：四、宝石的折射率

4.2折射与反射

一、折射与反射现象

当光波从一种介质传到另一种介质时，在两种介质的分界面上将发生分解，产生折射与反射现象。

折射光按折射定律进入另一介质

反射光按反射定律返回介质中

二、折射定律

给定的两种接触介质及给定的波长的光的入射角的正弦与折射角的正弦值比为一常数。

当光线从光疏介质进入光密介质时，光线偏向法线折射，入射角大于折射角;

当光线从光密介质进入光疏介质时，光线偏离法线折射，入射角小于折射角。三、全反射

临界角

当折射角为90度时的入射角

全内反射

当入射角增大超过临界角时，入射光将不再发生折射，而是全部反射回入射介质中。四、宝石的折射率

当光波从一种介质传到另一种介质时，其传播速度和方向会发生改变,这种现象叫折射。光在入射介质中的传播速度与折射介质中的传播速度之比，等于入射角正弦与折射角正弦之比。即

υ1/ υ2=sini/sinr=n

当两种介质一定时，n为一常数，称为折射介质相对入射介质的相对折射率。

根据折射定律，

宝石的折射率等于光在真空(或空气)中的传播速度与光在宝石中的传播速率之比。

它是反映宝石成分、晶体结构的主要常数之一，是宝石种属鉴别的重要依据。五、宝石的双折射和单折射

要了解双折射、单折射产生的原因，必须先知道:“偏振光”、“均质体”和“非均质体” 1、偏振光

自然光转变为偏振光的作用称为偏振化

仅在一固定方向震动的光波称为偏振光

当两个偏振光片相互垂直震动时光线无法通过，此时为全黑现象——也称正交偏光。 2、均质体和非均质体

根据光学性质的不同，宝石可分为均质体和非均质体两大类

均质体:等轴晶系和非晶质宝石的光学性质各方向相同称为均质体(各相同性)。如钻石、玻璃等。均质体只有一个折射率。光波在均质体中传播时，其振动特点和振动方向基本不改变。这一现象称单折射。

均质体宝石只有一个折射率(n)，在折射仪上仅有一道阴影边界。例:钻石、石榴石、尖晶石、玻璃等都是均质体宝石。

非均质体:中级晶族和低级晶族宝石的光学性质随方向而异称为非均质体。非均质体的折射率值有多个。如红宝石、橄揽石等。

光波进入非均质体宝石时，除特殊方向外，一般分解成振动方向互相垂直、传播速度不等的两束偏振光。这一现象称双折射。在折射仪上非均质体宝石有两道阴影边界

锆石因为双折射率较高，放大检查时，可明显地看到刻面棱线呈双影。 3、双折射率

各向异性宝石的双折率，用其最大折射率与最小折射率的差值称为双折射率( DR)。

4、一轴晶、二轴晶

光波沿非均质体的特殊方入射时不发生双折射，这特殊方向为光轴方向。

中级晶族宝石只有一个光轴方向，称为一轴晶;

低级晶族宝石有两个光轴方向，称为二轴晶。

5、异常双折射

等轴晶系和非晶质体，当在正交偏光下出现波状消光时，旋转报收360度出现明暗相间条纹或斑点、黑十字、黑色弯曲代的现象为异常双折射

宝石的均质性或非均质性，可用宝石鉴定仪器折光仪和偏光镜检测。用折光仪还可检测非均质体宝石是一轴晶或二轴晶。

常见的均质体宝石:钻石、石榴石、尖晶石、欧泊、萤石

常见的非均质体宝石:

一轴晶:红宝石、蓝宝石、祖母绿、海蓝宝石电气石水晶锆石等

二轴晶:金绿宝石橄榄石黄玉月光石日光石透辉石堇青石等

橄榄石、电气石、锆石、合成碳化硅的双折率高，将这些宝石磨成刻面型，从一定方向观察，可见底部刻面棱的重影，这“一定方向”为垂直光轴方向，因为垂直光轴方向的切面上双折率最大。

切磨双折射率高的宝石时，应将其台面垂直光轴方向，这样从台面观察宝石就不会看到底部刻面棱重影，宝石就显得更清澈、透明。

实例演示:

将绳子放在冰洲石下，变换冰洲石角度，随着冰洲石角度的变化，绳子两个影像之间的距离会发生宽窄变化，转动到某一方向时，绳子只有一个影像——为光轴方向;当绳子的两个影像分得最开时——为双折率方向。

范文二：宝石折射率图式的形成机理及均质体_一轴晶宝石的折射率图式

宝石折射率图式的形成机理

及均质体、一轴晶宝石的折射率图式

? 樊行昭

() 资源与环境工程系

摘要折射率是鉴定宝石的重要依据, 折射率图式是确定宝石晶体光学参数

必不可少的基本图件。本文根据折射仪的工作原理, 以晶体光学中光率体的理论为

, 系统地阐述了宝石折射率图式的形成机理及均质体、一轴晶宝石的折射率图基础

式。

关键词宝石折射仪; 光率体; 折射率图式

中图分类号 P575; P585 ? ?

引言 0

折射率是宝石的重要光学常数, 是鉴定宝石的主要依据之一。测量折射率值所使用的仪器是宝石折射仪, 其操作的基本方法是, 将欲测宝石的某一刻面在测台上按一定的间隔水平地

() 旋转 360?或 180?, 测量并记录与每一水平角度对应的两个折射率值, 以宝石旋转的水平

() 角度为横坐标, 以对应的折射率值为纵坐标作图, 便形成两条或一条曲线或直线, 这就是折射率图式。一般来说, 不同的宝石, 折射率值不会完全相同; 不同晶族的宝石, 折射率图式有别; 即使是同一种非均质体宝石, 随所测刻面方向的不同, 折射率图式也各异。因此, 从折射率图式上可以知道宝石是均质体或非均质体。对于非均质体宝石, 不仅可以确定最大

() 折射值、最小折射率值和最大双折射率值, 而且可以判定轴性一轴晶或二轴晶及光性符

()号正光性、负光性或无光符。所以, 折射率图式是判释宝石晶体光学参数必不可少的基本图件。

人们在长期的折射率测量实践中已经建立了宝石折射率的主要图式, 但由于宝石在加工过程中, 台面及其它刻面的取向有时是随机的, 可能是原石的任何方向, 因此, 目前所建立的折射率图式尚不全面, 从而导致某些测量结果的错误解释。对于二轴晶宝石, 人们不完全清楚任何刻面均可测到最大及最小折射率值, 故只好转换刻面重新测量, 加大了测量的工作

? 本文作者: 樊行昭, 男, 38 岁, 山西矿业学院资源与环境工程系, 讲师, 030024

文稿收到日期: 1995—04—06

量。在折射率图式的成因解释方面, 折射率面理论固然是解释其成因的一种简单而可靠的方法, 但由于是间接解释, 并且仅是有限的几种图式, 故难以被广大的宝玉石工作者所理解和接受。而用光率体理论来解释, 较容易被人们理解和接受。为此, 作者根据折射仪的工作原理, 以晶体光学中光率体的理论为基础, 采用图解的形式, 系统地、全面地阐述宝石中可能出现的折射率图式以及宝石、入射光方向、光波振动方向、折射率值大小与折射率图式之间的内在关系。由于二轴晶宝石的折射率图式复杂多样, 限于篇幅, 另文专门叙述, 本文仅阐述宝石折射率图式的形成机理及均质体、一轴晶宝石的折射率图式。

1 宝石折射率图式的形成原理

根据光率体理论分析折射率图式的基本原理是, 光线射入均质体宝石的任何刻面或非均质体宝石平行于光轴方向后, 入射光波的振动方向不改变, 仅折射率值的大小发生变化, 光

() 波的振动面为垂直于光线传播方向的圆面; 而光线射入非均质体宝石除特殊方向外后, 被分解成振动方向互相垂直、折射率值不等, 并且垂直于光线传播方向的两种偏光, 它们所构成的平面为椭圆面。当光线平行于宝石晶体的某一刻面从 360方向依次入射时?, 相当于在宝

() 石晶体的光率体中切出了无数个垂直光线传播方向的椭圆或圆切面, 分析这些切面上光

波的振动方向及折射率值的大小, 就可获得该刻面方向的折射率图式。

对于均质体宝石, 光率体为球体, 折射率图式简单。而对于非均质体宝石而言, 由于光率体为旋转或非旋转椭球体, 因而不同刻面方向的光学性质必定不会完全相同, 相应的折射率图式亦不同; 同时, 又由于不同刻面之间光波的振动方向和传播速度均受到光率体参数的制约, 因此各刻面之间必定存在着某种必然的内在联系, 并且条件改变到一定程度时又可以互相转化, 从而使各折射率图式之间可以互相转化。综上所述, 只要抓住宝石折射仪的光学原理和工作原理, 以光率体的原理为基础, 设计合理的分析方案, 就能找到宝石所有可能的折射率图式, 并且保证分析结论的准确可靠性。

2 宝石折射仪的光学原理及光线在宝石中的传播方向

宝石折射仪是根据光的全反射原理设计而成的, 其光学原理如图 1 所示。它主要由半球

(() 形铅玻璃 N = 1181或梯形立方氧化锆 N

) = 21150测台、刻度尺、目镜及套在目镜上

的偏光分析镜等组成。

当光线由光密质的铅玻璃进入光疏质的

宝石时, 如果光线的入射角稍大于宝石的全

() 反射临界角 , 就形成全反射, 光线返回铅 Υ

玻璃内, 并在目镜中形成亮区, 而入射角小

于宝石全反射临界角的光线被折射进宝石, 图 1 宝石折射仪的光学原理

并在目镜中形成暗区, 目镜中亮暗之分界的

()读数就是宝石的折射率值图 1。在读取折射率值时, 需转动偏光分析镜 90. ? 如果宝石为均质体任何方向或非均质体平行于光轴的方向, 转动偏光分析镜 90, ? 所得到的两个折射率值相

() 等; 如果宝石为非均质体除平行于光轴任何方向, 转动偏光分析镜 90, ? 可得到大小不等

的两个折射率值。

然而, 全反射光在宝石与测台的接触界面上是如何传播和振动呢? 根据电动力学中电磁波斜向射入非导电边界平面及电磁波的全反射原理, 光线的反射点位于宝石与测台的接触面

(上, 该点的切线方向就是光线在宝石中的传播方向图 2, 圆圈中的黑点表示光波垂直纸面振

)动; 双箭头表示光波平行纸面振动。即可以看作光线平行于接触面并沿测台面长轴方向传播。

()所有大于宝石全反射临界角的一束楔形入射光, 毫无例外地均沿这一切线方向传播图 3。在

() 光线反射点, 入射光被非均质体宝石除入射光平行光轴方向外分解形成振动方向垂直、折射率值不等并且垂直于光线传播方向的两种偏光。这两种偏光所构成的椭圆面垂直于测台面

()的长轴方向, 即光率体椭圆面垂直于测台的长轴方向图 4。该椭圆面的长、短半径之方向

就是光波的振动方向, 其长度就是该方向的折射率值。表现宝石光学性质的反射光进入目镜

就可以分别检测出这两种偏光的折射率值。后, 通过转动偏光分析镜 90,?

图 2 光在宝石中的传播方向图 3 折射仪测台上光线图 4 折射仪测台上宝石

及光波振动方向图解的反射点及光的传播方向的光率体切面3 均质体宝石的光率体及其折射率图式

()均质体宝石的光率体为一圆球体图 5。通过球体中心任何方向的

切面均是圆面, 故光线在均质体中传播时, 光波向四周各个方向振动, 传

播速度不变, 折射率值相等。测试时, 无论如何转动宝石及偏光分析镜,

() 折射率值均相同, 相应的折射率图式为一条水平线图 6。

4 一轴晶宝石的光率体及其折射率图式

一轴晶宝石的光率体是一个以 Z 晶轴为旋转轴的旋转椭球体。它有最大和最小两个主折射率值, 分别以 N 和 N 来表示。光波振动方向平 e o 图 6 均质体宝石

的折射率图式行于 Z 轴时, 相应的折射率值为 N ; 光波振动方向垂直于 Z 轴时, 相应e

′ 的折射率值为N ; 光波振动方向斜交 Z 轴时, 相应的折射率值递变于N 与N 之间, 以符号N oe o e

′ 表示。N e 值的大小随光波振动方向与 Z 轴的夹角大小而变化。光波振动方向与 Z 轴夹角较小

′′ 时, N 接近N ; 随着夹角的逐渐增大, N 逐渐向N 接近, 该夹角等于 90时?, 折射率值等于N .e e eo oN 与 N 的差值为一轴晶宝石的最大双折射率值。一轴晶宝石的光率体有正负之分, 当 N > e o e

(( ) )N 时, 为正光性图 7; 当 N < n="" 时为负光性="" 图="" 8。无论光性符号正负,="" 其旋转轴都是="" n="" o="" e="" o="">

轴, 水平轴为 N 轴。o

在进行折射率图式分析时, 假想宝石的刻面通过光率体中心。由于光率体的对称性, 过其中心的切面是椭圆面或圆面, 亦为对称图形, 故以下仅作 90分析?, 其余的 270根据对称性即可作?出。一轴晶宝

石可能的刻面方向及其折射率图式有下列几种。

411 垂直于光轴的刻面

宝石垂直于光轴的刻面测试时, 光线垂直于光轴从各方面入射。入射光被宝石分解为振动方向分别平行于 N 和 N 的两种偏光, 光率体 e o

切面均为椭圆面。转动宝石 360,? 光率体椭圆面的长短轴半径不变化,

()均可测到最大和最小两个折射率值N 和N 图 9。相应的折射率图式 e o

如图 10 所示。它由二条水平线构成, 正负光性的图式相同。从这种刻面

的图式上仅能确定最大折射率值、最小折射率值及最大双折射率值, 但

不能确定光性符号的正负。

412 平行于光轴的刻面

宝石平行于光轴的刻面测试时, 光线平行于该刻面从各个方向入射。当入射光平行于光轴方向时不发生双折射, 光率体切面为圆面, 仅

(( )获得 N 一个折射率值图 11A 。当光线从斜交光轴的不同方向如图o

) () 11 中的 a a ′方向入射时, 光率体切面均为椭圆面图 11B , 一个折射率值恒为 N , 另一个折射率值从 N 连续变至 N . 当光线垂直于光轴 o o e

( ) 图 11 中的 bb′方向入射时, 光率体切面为椭圆面, 获得N e 和N o 两个 ( )折射率值图 11C 。相应的折射率图式如图 12 所示。它由一条水平线图 8 一轴晶宝石和一条对称波浪线构成, 二者相切于 N . 水平线为 N 的折射率值, 波 oo

负光性光率体浪线变化在N 与N 之间。波浪线位于水平线下方为正光性, 波浪线位o e 于水平线之上为负光性。从这种刻面的图式上不仅可以获得最大折射率值、最小折射率值及最

大双折射率值, 同时可以确定光性符号的正负。

图 9 一轴晶宝石垂直于光轴图 10 一轴晶宝石垂直于光轴图 11 一轴晶宝石平行于光轴

刻面测试时的光率体椭圆面刻面测试时的折射率图式刻面测试时的光率体椭圆面413 斜交光轴的刻面

(宝石斜交光轴的刻面测试时, 光线沿刻面从各个方向入射。当光线垂直于光轴图 13 中的

) ( a a ′方向入射时, 光率体切面为平行于光轴的椭圆面, 测得 N 和 N 两个主折射率值图e o

() )13A 。当光线平行于图 13B 中 cc′方向 cc′? a a ′入射时, 光率体切面为椭圆面, 测得N 和N o e

(() )两个折射率值图 13B 。当光线从 a 点到 c 点之间各方向如图 13C 中的 bb′方向入射时, 光率

′ 体切面均为椭圆面, 其中一个折射率值为 N 且保持不变, 另一个折射率值变化在 N 与 N e 之o e ()间图 13C 。相应的折射率图式如图 14 所示。它由互不相交的一条水平线和一条对称波浪线

′′ 构成。水平线为常光 N 的折射率值; 波浪线为非常光的折射率值, 它变化在 N 与 N 之间。N o e e e

′ 值的大小取决于刻面与光轴的夹角, 该夹角愈大, N e 值愈接近 N , 波浪线愈平直, 当该夹角等e

′ 于 90时?, 波浪线演变为水平线, 过渡为垂直于光轴刻面的图式; 相反, 该夹角愈小, N e值愈接近 N , 波浪线愈弯曲, 当该夹角等于 0时?, 波浪线与水平线相切, 过渡为平行于光轴刻面的折 o

射率图式。

图 12 一轴晶宝石平行于光轴图 13 一轴晶宝石斜交光轴图 14 一轴晶宝石斜交光轴

刻面测试时的折射率图式刻面测试时的光率体椭圆面刻面测试时的折射率图式

仅从一轴晶斜交光轴刻面

的图式来看, 波浪线位于水平

( ) 线之下为正光线图 14A , 波

浪线位于水平线之上为负光性

() 图 14B , 但这两种图式与二

轴晶垂直于N 轴和N 轴刻面 g p

( ) 的图式图 15, 16十分相似, 图 15 二轴晶宝石垂直于 N 图 16 二轴晶宝石垂直于 N gp

轴刻面的折射率图式轴刻面的折射率图式因此从这两种图式上仅能确定最大折射率值、最小折射率值及最大双折射率值, 尚不能判定轴

性, 从而也无法确定光性符号。

5 结论

宝石折射仪是根据光的全反射原理设计制造而成, 光线在宝石面上的反射点的切线方 a.

向就代表光线在宝石中的传播方向, 所有折射率图式分析都是在此条件下进行的。

均质体宝石的折射率图式为一条水平线。 b.

.一轴晶宝石可能的刻面方向有三种, 出现了五种不同形状的折射率图式。从一轴晶c

宝石的所有折射率图式上均可求得最大折射率值、最小折射率值和最大双折 .d

射率值。

一轴晶宝石平行于光轴刻面的图式可以确定光性符号; 一轴晶宝石垂直于光轴刻面的 e.

图式无法判定光性符号; 一轴晶正光性斜交光轴刻面的图式与二轴晶垂直于 p 轴刻面的图 N 式相似, 一轴晶负光性斜交光轴刻面的图式与二轴晶垂直于轴刻面的图式相似, 因此仅从 N g

图式形态上看, 还不能确定轴性及光性符号。

参考文献

1 李德辉. 晶体光学. 地质出版社, 1993: 2, 15

王曙. 不透明矿物晶体光学. 地质出版社, 1976: 21, 75 2 郑锡琏等. 电动力学. 电子工业出版社, 1994: 236, 243 3 ??切格. 电磁波. 晓园出版社世界图书出版公司, 1992: 409, 414D K 4 美国宝石研究所. 宝石实验室鉴定手册. 中国地质大学出版社, 1989: 12, 20G IA 5

The f orm in g m echan ism of gem

ref ra c t iv ity m ode ls an d the ref ra c t iv ity m ode ls of

, iso trop icun ia x ia l cry sta l gem s

Fan X in gzha o

()D ep t of R esou rces and E nv ironm en t E ng inee ing

A bstra c t

, R ef rac t ive in dex is im po r tan t to iden t ify gem san d ref rac t iv ity m o de l is th e b a2

. sic g rap h fo r m ea su r in g gem c ry sta l op t ic p a ram e te r sA cco rd in g to th e p r in c ip le o f

, ref rac tom e te rth e fo rm in g m ech an ism o f gem raf rac t iv ity m o de ls an d th e ref rac t iv i2

in th is ty m o de ls o f iso t rop ic, u n iax ia l c ry sta l gem s a re sy stem a t ica lly expo u n ded

.p ap e r b a sed o n in d ica t r ix

KEY W O RD S ref ra c t iv ity m ode l gem ref ra c tom e ter; in d ica tr ix;

范文三：宝石折射率图式的形成机理及均质体_一轴晶宝石的折射率图式

第14卷　第3期

1996年9月山　西　矿　业　学　院　学　报SHAN X IM I N I N G I N ST ITU T E L EA RN ED JOU RNAL V o l 114　N o 13Sep . 1996

宝石折射率图式的形成机理

及均质体、一轴晶宝石的折射率图式

樊行昭①

(　　摘　要　, , 以晶体光学中光率体的理论为, 、一轴晶宝石的折射率图式宝石折射仪; 光率体; 折射率图式

中图分类号　P 575; P 585??

0　引　言

折射率是宝石的重要光学常数, 是鉴定宝石的主要依据之一。测量折射率值所使用的仪器是宝石折射仪, 其操作的基本方法是, 将欲测宝石的某一刻面在测台上按一定的间隔水平

(或180°) , 测量并记录与每一水平角度对应的两个折射率值, 以宝石旋转的水平地旋转360°

角度为横坐标, 以对应的折射率值为纵坐标作图, 便形成两条(或一条) 曲线或直线, 这就是折射率图式。一般来说, 不同的宝石, 折射率值不会完全相同; 不同晶族的宝石, 折射率图式有别; 即使是同一种非均质体宝石, 随所测刻面方向的不同, 折射率图式也各异。因此, 从折射率图式上可以知道宝石是均质体或非均质体。对于非均质体宝石, 不仅可以确定最大折射值、最小折射率值和最大双折射率值, 而且可以判定轴性(一轴晶或二轴晶) 及光性符号(正光性、负光性或无光符) 。所以, 折射率图式是判释宝石晶体光学参数必不可少的基本图件。

①本文作者:樊行昭, 男, 38岁, 山西矿业学院资源与环境工程系, 讲师, 030024

　　文稿收到日期:1995—04—06

260山西矿业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第14卷量。在折射率图式的成因解释方面, 折射率面理论固然是解释其成因的一种简单而可靠的方法, 但由于是间接解释, 并且仅是有限的几种图式, 故难以被广大的宝玉石工作者所理解和接受。而用光率体理论来解释, 较容易被人们理解和接受。为此, 作者根据折射仪的工作原理, 以晶体光学中光率体的理论为基础, 采用图解的形式, 系统地、全面地阐述宝石中可能出现的折射率图式以及宝石、入射光方向、光波振动方向、折射率值大小与折射率图式之间的内在关系。由于二轴晶宝石的折射率图式复杂多样, 限于篇幅, 另文专门叙述, 本文仅阐述宝石折射率图式的形成机理及均质体、一轴晶宝石的折射率图式。

1　宝石折射率图式的形成原理

根据光率体理论分析折射率图式的基本原理是, 质体宝石平行于光轴方向后, , 光波的振动面为垂直于光线传播方向的圆面; ) 后, 被, , 它们所构360°方向依次入射时, 相当于在宝(或圆) 切面, 分析这些切面上光, 就可获得该刻面方向的折射率图式。

2　宝石折射仪的光学原理及光线在宝石中的传播方向

宝石折射仪是根据光的全反射原理设计而成的, 其光学原理如图1所示。它主要由半球形铅玻璃(N =1181) 或梯形立方氧化锆(N

=21150) 测台、刻度尺、目镜及套在目镜上

的偏光分析镜等组成。

当光线由光密质的铅玻璃进入光疏质的

宝石时, 如果光线的入射角稍大于宝石的全

) , 就形成全反射, 光线返回铅反射临界角(Υ

玻璃内, 并在目镜中形成亮区, 而入射角小

于宝石全反射临界角的光线被折射进宝石, 图1　宝石折射仪的光学原理

并在目镜中形成暗区, 目镜中亮暗之分界的

读数就是宝石的折射率值(图1) 。在读取折射率值时, 需转动偏光分析镜90°. 如果宝石为均质体任何方向或非均质体平行于光轴的方向, 转动偏光分析镜90°, 所得到的两个折射率值相

第3期　　　樊行昭:宝石折射率图式的形成机理及均质体、一轴晶宝石的折射率图式261等; 如果宝石为非均质体(除平行于光轴) 任何方向, 转动偏光分析镜90°, 可得到大小不等的两个折射率值。

然而, 全反射光在宝石与测台的接触界面上是如何传播和振动呢? 根据电动力学中电磁波斜向射入非导电边界平面及电磁波的全反射原理, 光线的反射点位于宝石与测台的接触面上, 该点的切线方向就是光线在宝石中的传播方向(图2, 圆圈中的黑点表示光波垂直纸面振动; 双箭头表示光波平行纸面振动) 。即可以看作光线平行于接触面并沿测台面长轴方向传播。所有大于宝石全反射临界角的一束楔形入射光, 毫无例外地均沿这一切线方向传播(图3) 。在光线反射点, 入射光被非均质体宝石(除入射光平行光轴方向外) 分解形成振动方向垂直、折射率值不等并且垂直于光线传播方向的两种偏光。这两种偏光所构成的椭圆面垂直于测台面的长轴方向, 即光率体椭圆面垂直于测台的长轴方向(图4) 。该椭圆面的长就是光波的振动方向, 其长度就是该方向的折射率值。后, 通过转动偏光分析镜90°,

图2　光在宝石中的传播方向图3　折射仪测台上光线图4　折射仪测台上宝石　　　　　　　　　　　　　　及光波振动方向图解的反射点及光的传播方向　　　的光率体切面

3　均质体宝石的光率体及其折射率图式

均质体宝石的光率体为一圆球体(图5) 。通过球体中心任何方向的

切面均是圆面, 故光线在均质体中传播时, 光波向四周各个方向振动, 传

播速度不变, 折射率值相等。测试时, 无论如何转动宝石及偏光分析镜,

折射率值均相同, 相应的折射率图式为一条水平线(图6) 。

4　一轴晶宝石的光率体及其折射率图式

一轴晶宝石的光率体是一个以Z 晶轴为旋转轴的旋转椭球体。它有

最大和最小两个主折射率值, 分别以N e 和N o 来表示。光波振动方向平

行于Z 轴时, 相应的折射率值为N e ; 光波振动方向垂直于Z 轴时, 相应图6　均质体宝石的折射率图式

e 的折射率值为N o ; 光波振动方向斜交Z 轴时, 相应的折射率值递变于N e 与N o 之间, 以符号N ′

′表示。N e 值的大小随光波振动方向与Z 轴的夹角大小而变化。光波振动方向与Z 轴夹角较小′′时, N e 接近N e ; 随着夹角的逐渐增大, N e 逐渐向N o 接近, 该夹角等于90°时, 折射率值等于N o . N e 与N o 的差值为一轴晶宝石的最大双折射率值。一轴晶宝石的光率体有正负之分, 当N e >N o 时, 为正光性(图7) ; 当N e

262山西矿业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第14卷在进行折射率图式分析时, 假想宝石的刻面通过光率体中心。由于

光率体的对称性, 过其中心的切面是椭圆面或圆面, 亦为对称图形, 故

以下仅作90°分析, 其余的270°根据对称性即可作出。

一轴晶宝石可能的刻面方向及其折射率图式有下列几种。

411　垂直于光轴的刻面

宝石垂直于光轴的刻面测试时, 光线垂直于光轴从各方面入射。入

射光被宝石分解为振动方向分别平行于N e 和N o 的两种偏光, 光率体

切面均为椭圆面。转动宝石360°, 光率体椭圆面的长短轴半径不变化,

均可测到最大和最小两个折射率值N e 和N o (图9) 。相应的折射率图式

如图10所示。它由二条水平线构成, 。的图式上仅能确定最大折射率值、, 但

不能确定光性符号的正负。

412　, 光线平行于该刻面从各个方向入

射。, 光率体切面为圆面, 仅

获得N o 一个折射率值(图11A ) 。当光线从斜交光轴的不同方向(如图

11中的aa ′方向) 入射时, 光率体切面均为椭圆面(图11B ) , 一个折射

率值恒为N o , 另一个折射率值从N o 连续变至N e . 当光线垂直于光轴

(图11中的bb ′方向) 入射时, 光率体切面为椭圆面, 获得N e 和N o 两个

折射率值(图11C ) 。相应的折射率图式如图12所示。它由一条水平线

和一条对称波浪线构成, 二者相切于N o . 水平线为N o 的折射率值, 波

浪线变化在N o 与N e 之间。波浪线位于水平线下方为正光性, 波浪线位

于水平线之上为负光性。从这种刻面的图式上不仅可以获得最大折射率值、最小折射率值及最大双折射率值, 同时可以确定光性符号的正负

。图8　一轴晶宝石负光性光率体

图9　一轴晶宝石垂直于光轴图10　一轴晶宝石垂直于光轴图11　一轴晶宝石平行于光轴　　　　　　　　　　　刻面测试时的光率体椭圆面　刻面测试时的折射率图式　刻面测试时的光率体椭圆面

413　斜交光轴的刻面

宝石斜交光轴的刻面测试时, 光线沿刻面从各个方向入射。当光线垂直于光轴(图13中的aa ′方向) 入射时, 光率体切面为平行于光轴的椭圆面, 测得N e 和N o 两个主折射率值(图

) 入射时, 光率体切面为椭圆面, 测得N o 和N 13A ) 。方向(cc ′⊥aa ′当光线平行于图13B 中cc ′e ′

第3期　　　樊行昭:宝石折射率图式的形成机理及均质体、一轴晶宝石的折射率图式263两个折射率值(图13B ) 。当光线从a 点到c 点之间各方向(如图13C 中的bb ′方向) 入射时, 光率

′体切面均为椭圆面, 其中一个折射率值为N o 且保持不变, 另一个折射率值变化在N e 与N e 之

间(图13C ) 。相应的折射率图式如图14所示。它由互不相交的一条水平线和一条对称波浪线

′构成。水平线为常光N o 的折射率值; 波浪线为非常光的折射率值, 它变化在N e 与N e 之间。N e ′

′值的大小取决于刻面与光轴的夹角, 该夹角愈大, N e 值愈接近N e , 波浪线愈平直, 当该夹角等

′于90°时, 波浪线演变为水平线, 过渡为垂直于光轴刻面的图式; 相反, 该夹角愈小, N e 值愈接

近N o , 波浪线愈弯曲, 当该夹角等于0°时, 波浪线与水平线相切, 过渡为平行于光轴刻面的折射率图式

。

图图　一轴晶宝石斜交光轴图14　一轴晶宝石斜交光轴　　　　　　　刻面测试时的光率体椭圆面　刻面测试时的折射率图式的图式来看, 波浪线位于水平

线之下为正光线(图14A ) , 波

浪线位于水平线之上为负光性

(图14B ) , 但这两种图式与二

轴晶垂直于N g 轴和N p 轴刻面

的图式(图15, 16) 十分相似, 图15　二轴晶宝石垂直于N 　　轴刻面的折射率图式g 图16　二轴晶宝石垂直于N 　　　　　　　　轴刻面的折射率图式p 因此从这两种图式上仅能确定最大折射率值、最小折射率值及最大双折射率值, 尚不能判定轴性, 从而也无法确定光性符号。

5　结　论

a . 宝石折射仪是根据光的全反射原理设计制造而成, 光线在宝石面上的反射点的切线方向就代表光线在宝石中的传播方向, 所有折射率图式分析都是在此条件下进行的。

均质体宝石的折射率图式为一条水平线。

c . 一轴晶宝石可能的刻面方向有三种, 出现了五种不同形状的折射率图式。

d . 从一轴晶宝石的所有折射率图式上均可求得最大折射率值、最小折射率值和最大双折射率值。

e . 一轴晶宝石平行于光轴刻面的图式可以确定光性符号; 一轴晶宝石垂直于光轴刻面的图式无法判定光性符号; 一轴晶正光性斜交光轴刻面的图式与二轴晶垂直于N p 轴刻面的图式相似, 一轴晶负光性斜交光轴刻面的图式与二轴晶垂直于N g 轴刻面的图式相似, 因此仅从图式形态上看, 还不能确定轴性及光性符号。b .

264山西矿业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第14卷

参　考　文　献

1　李德辉. 晶体光学. 地质出版社, 1993:2～15

2　王曙. 不透明矿物晶体光学. 地质出版社, 1976:21～75

3　郑锡琏等. 电动力学. 电子工业出版社, 1994:236～243

4　D ?K ?切格. 电磁波. 晓园出版社世界图书出版公司, 1992:409～414

5　美国宝石研究所. G I ～20A 宝石实验室鉴定手册. 中国地质大学出版社, 1989:12

The form i ng m echan is m of gem

refractiv ity m odels and the m isotrop ic , un i ax s

(D ep R rces and E nv ironm ent E ng ineeing )

Abstract

R efractive index is i m po rtan t to iden tify gem s , and refractivity m odel is the ba 2sic grap h fo r m easu ring gem crystal op tic param eters . A cco rding to the p rinci p le of refractom eter , the fo r m ing m echan is m of gem rafractivity m odels and the refractivi 2ty m odels of iso trop ic , un iax ial crystal gem s are system atically expounded in th is pap er based on indicatrix .

KEY WOR D S 　ge m refractom eter ; i nd ica tr ix ; refractiv ity m odel

范文四：【doc】一种新型的宝石折射率测定仪

一种新型的宝石折射率测定仪

种新型白}『宝石折射卑剐定仪程宏

一

种新型的宝石折射率测定仪

^程宏..1_H]/舛汁/

H——

摘要:提出1一种新型的宝石折射率测试仪,它与现有的不同结构的测试仪相比篓淑,,,礁关键词:宝石鉴定折光仪折射率测试新沓垫热I试1XlL),—,Ji?———————,,一1l'1概述

目前使用的宝石折射率测定仪主要有两种形式,一种是半圆柱式.另一种是棱镜式.针对

这两种形式测定仪存在的缺陷,本文又提出了一种新形式.我们称之为桥式.它主要是对仪器

的:l,体光学零件作了改变,保留了上述两种形式的优点,克服了它们共同及各自的不足之处.

简化了仪器构造,从而提高了仪器的测量精度以及仪器的稳定性,可靠性和实用性,更适合于

批量生产,提高经济效益.

1.1半圆柱式测定仪的工作原理[】](如图1)

L'小孔2.会聚遗镜3.半圆柱体4.被铡宝石

5.准直镜6.喜《尺7观察物镜8.转向反射镜9.日镜

'田1

仪器的主要缺陷:

(a)入射光线成会聚形状,装较困难,造成视场内明暗界线不清; f1])玻璃半圆住体加工困难;

(c)入射杂散光线会进入视场.造成对比度下降

1.2棱髓式测定仪的工作原理"(如图2)

?浙江大学光科系,310027杭州玉泉

一

种新型的宝石折射卑涮定议程宏

2桥式仪器的构造

1.光源2.撼色片3.反射镜4.桥主体5.被铡宝石

6.柱面透镜7.列尺8.观察物9.转向反射镜10.目镜

图4

工作原理说明(如图4所示)光线由光源1产生.经滤光片2成为单色光照射到玻璃桥4

的磨砂面,而产生漫射效应.漫射光投射到桥与被测宝石相接触的界面时,由折射定律和全反

射定律知:当光线的入射角(如图3)0小于临界角巩(巩=sin,n为被测宝石折射率.为

玻璃桥的折射率)时.光线在界面发生折射.而当光线的入角大于0.时,则在界面上发生全反

射现象].折射光进入宝石5,反射光则通过柱面透镜6投射到刻度尺7上.通过后面的观察

系统8,9,10.可以看到带刻尺的视场是由明,暗两部分组成.其中亮视场是由全反射光形成,

暗视场是由折射光造成.而明暗视场的分界线是由巩(临界角)所决定.通过该分界线在刻尺上

的位置.我们就可以直接读出被测宝石的折射率.

3光学件主体桥的设计(H,W值的确定)

由垒反射定律可知桥的折射率越高,则可测试的宝石折射率也越高.所以采用SF57玻

璃,其折射率.一1.84666

由图3.可得出某一角度全反射光束的宽度

4—2Hsin0,Woos0(1)

考虑到加工工艺因素.取H—lmm.口一2sinO--WcosO 如果l==1.30设41?0.则?2,这样n2=1.82时,口2?1.717mm 由图3及式(1)知,随着被测宝石折射率的不同,由于桥的限制,在临界角发生全反射的光束宽

度a也不同-且宝石折射率越高.光束宽度a越大.

4刻尺位置及隔值的确定

由以上分析知临界角全反射光束有定的宽度a,所以该光束通过柱面透镜时会发生光束

会聚现象.如图5中d曲面所示.

假设测试范围的中间值(62.5)对应的全反射光束会聚于P点,劐尺也以该P,点定

?34?光学位器1995年第i7卷第6期

位,如图5.与i有如下关系

因为i,i,很小

0sini—sini

sin一(脚s一肌os0)/~R

?s'(2Hs/n一os0)/2R]?(2胁in一os0)

由图5,可得出:

因为

所以

一

号一号南

一

n0一l

图5

由式(2)得知各方向的反射光束通过柱面镜后会聚成一个距柱面镜等距离的柱面,

且该柱

面的中心线也是位于桥工作面的中心线上,其半径为刍.如图5所示.我们取R一17ram,这

时=20mm.

当被洌宝石折射率=1.30全反射角度最小岛=44.75.

n一1.82全反射角度最大=80.25.

刻尺初定位于的中间值一62.5.,如图5刻尺在该角度上与d曲面相切于点.目此可看出光束只有62.5时,在Pr点成清晰象,而在其它方向均在刻尺上成一个弥散斑,其

宽为A

参照图5:

A2drg2却而一(R-t-)一1](口一62?)

一

种新型的宝石折射事捆i定仪——程宏?35?

化为:

A(2Hsin0一Wc08口)万_一1](3)

代入具体数值:.

A一3?69(inO一08,口)_=一1]

根据上式可以得出^,口的关系图,如图6曲线所示.

从图中我们可以看到当日在7O以上时,^值随口的增加迅速增大,口=8O.时达到 0.145mm将造成像非常模糊.如能按图6所示的将刻尺位置移到P位置,则^值就会在整个

口角度范围内处于一个平均都很小的允许值内.

从图6中可以看到刻尺处于P位置时,刻尺与曲线的交点(也就是^一0的点)在一58

和口=77附近,且口=80.时^?0.03ram.

口.,6

D,4

口.』2

&fO

n05

O.02

. s8?朽鲁

图6

设P位置时刻尺与d曲面第1交点在口=58.处,刻尺以口=58.时与d曲面的交点为

原

点转动角度形成第二交点位于以处,见图7,这时0=80.时,A=0.03mm(见图6)又刻

尺转

动前后在0=80.处刻尺距d曲面的距离缩短,计算得出z一2.53mm.

则得出转动角度p=tg刁永=丽可一9?6. 刻尺与d曲面的第二交点有如下关系: (R+d)[:=而]一(R+d)tg(一58.)sIn卢

得出=16.9.

这样:^值的计算就可分为三段

口一45',58',口=58.,76.9',口=76.9o,80. 设:三段分别以n,,表示,即:

一

种新型的宝石折射章涮定仪一一程宏 D—E(R+)一?]tg(O一67.5)

根据(4),就可以进行刻尺的制作.

5结束语

(4)

以上分析确定了光学桥,柱面透镜及刻尺的最佳位置和隔值,在刻尺后面加上观察系

就可以形成整台测定仪.

本文提出的宝石折射率测定仪相对其它类蜜的宝石测定仪而言具有体积小.装配调试简

单,测量范围太,精度高的特点.一般宝石测定仪的测试误差都在0.005数量级,而本仪器的测

试误差则小于0,002.

6参考文献

I李兆聪.宝石鉴定法.北京,北京地质出版社,1991.

2王子泉.几何光学和光学设计.杭州,浙江太学出版社,1g8

ANewModelGemRePractomeLor

ChengHong.

Abstract!Thispaperpresents&newmodelmea.~urementinstrumentofgemrefraction

index.Comparingwithothers,itisstablerandmorereliableinreadingsanditstestingresult

hasreachedtheaccuracyof0?002?, KeyWords:GemTest-Refractometor,RefractionIndexTest?

f…..}'??.?_?一.?J

WC卜一1型激光测距仪,//

一

种体积小,重量轻,测程远,功能全的微型激光测距仪——wc卜一1型激光测距仪,不久

前由常州第二电子仪器厂研制成功.

该仪器重880g,太小相当于1盒过滤咀香烟,能测距999m,其误差珂,于lm.它具有多目

标指示,无激光回渡或超程指示以及分划板照明指示等功能.

(摘自《虹外》)

?Dept.ofOptical8LScientificlnstxumentadonEagin~ing.eaUnivemity;Hingahou310027

范文五：宝石折射率和反射率的测量

宝石折射率和反射率的测量

一、折射率的测量

1.测量意义:宝石的化学成分和晶体结构决定了宝石的折射率，折射率是宝石最稳定的性质之一。利用折射仪可以测定宝石的折射率值、双折射率值、光性特征等性质，为宝石的鉴定提供关键性证据。

测量原理:当光线从光密介质斜射入光疏介质时，折射光线远离法线，即相对靠近两2.

介质分界线。当入射角增大到一定程度时，折射光线与法线的夹角为90?，此时的入射角称为临界角;当光线入射角大于临界角时，入射光不发生折射，全部返回到光密介质中，这种现象称为全反射。已知介质的折射率，可求出另一种介质的折射率。

n1/n2=sinα/sinγ

n1:未知介质折射率

n2:已知介质折射率

α:入射角

γ:折射角

3.测量仪器:常用测量仪器为折射仪(如下图)

折射仪对具有抛光刻面或弧面的宝石折射率进行测量，测量范围因所用折射仪棱镜和接触液而异，通常情况下为1.35~1.81。

4.测量仪结构及原理:

宝石为光疏介质，棱镜和接触液为光密介质。当入射角小于临界角时，光线折射进入宝石;当入射角大于临界角时，光线发生全反射，返回棱镜并通过折射仪标尺，再经过反光镜反射，使之通过目镜，形成亮区。折射进入宝石的光线不能被人眼观察到，形成暗区。亮暗交界的阴影边界即标志着光线跟刚好以临界角入射。

5.测量方法及步骤:常用量方法为近视法、远视法、闪烁法。

(1)近视法，宝石为刻面型采用以下方法步骤进行测试，或称为刻面法。

a.用酒精清洗宝石和棱镜。

b.打开光源，观察视域的清晰程度。

c.选择宝石最大刻面，放置于金属台上。

d.在棱镜中央轻轻点一小滴接触液，通常以液滴直径约2mm为宜。

e.轻推宝石至棱镜中央，使宝石通过接触液与棱镜产生良好的光学接触。

f(眼睛靠近目镜观察视域内标尺的明暗情况，读数。

g.用手指轻轻转动宝石360?，每转一定角度进行一次观察，读数并记录。

(2)远视法，为扩大折射仪的使用范围，对小刻面宝石或弧面型宝石的折射率，可采用远视法进行近似测试。

(3)闪烁法，对具有高双折射率且抛光不良或一些弧面宝石，可采用闪烁法来估测宝石折射率。

6.测量结果与结论

(1)转动宝石360?，看见一条阴影边界。若快速转动配置在目镜上的偏光镜，阴影边界无跳动现象，表明该宝石为均质体宝石。如图一

(2)转动宝石360?，出现两条阴影边界，一条保持读数不变，另一条上下跳动。则不变的为常光折射率，变动的为非常光折射率。其差值为双折射率。例如:菱锰矿ne=1.58，no=1.84双折射率为0.26，即:一轴晶宝石。如图二

(3)转动宝石360?，出现两条阴影边界且都随宝石转动而上下移动，该宝石为二轴晶。例如:黄玉(托帕石)ng=1.619，np=1.627，双折射率为0.008。在宝石转动过程中，两条阴影会逐渐靠近至重合，重合位置的读数为nm。如图三

图一图二图三

7.测量注意事项:

(1)使用折射仪之前，要对其进行检测和校准。

(2)测试前擦拭棱镜，使之清洁。

(3)测试结束后，及时擦拭棱镜残存的接触液，避免接触液腐蚀棱镜。 (4)要获得准确的双折射率值，需多测量几个刻面。

(5)折射率值的精确度和可靠度取决于样品的抛光质量、接触液的多少、样品是否干

净、折射仪的校准、所用光源的类型等因素。

二、反射率的测量

1.测量意义:有些宝石折射率高于棱镜或接触液，使得其折射率值在折射仪中无法读出，

需测量其反射率。例如:合成立方氧化锆(苏联钻)

2.测量原理:反射率指单位时间从界面单位面积上反射光强度与入射光强度之比。宝石的反射率与折射率之间存在准线性关系:

反射率=(n1-n2)2/(n1+n2)2

n1:宝石折射率

n2:周围介质折射率，空气折射率为1

3.测量仪器结构，用于测量反射率的仪器为反射仪，如下图:

有反射率值可以换算出折射率值。

反射仪工作原理如下:

(1)宝石放在宝石台面，盖好遮光罩，打开开关。

(2)二极管(红外灯)发出波长930nm的红外光射到宝石台面上，经台面反射射入接

收器，接收器光电管产生光电流，所产生的电流与接收的光强度成正比，仪表上

显示出数值。

4.测量注意事项:目前，大多数型号的折射仪已反射率转换成折射率，但其精度不如常

规折射仪，只能达到0.05。

(1)对于折射率低于1.80的宝石，不宜使用反射仪，尽量用折射仪来测定。 (2)所测样品必须具有良好的抛光平面且大于测试孔，否则接收不到仪器信号或导致读数过低。

(3)样品内部包体的反光可导致读数出现偏差。

(4)每个样品从多个方向测量，以保证结论的准确性。

5)样品表面要求洁净无污物，否则影响光的反射，导致结论错误。 (

SA10013025 杨先安

转载请注明出处范文大全网 » 四、宝石的折射率