Оптические константы алмаза
 Скачать 46.5 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ 7 ОПТИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ АЛМАЗА Показатель преломления и дисперсия света. Оптические особенности кристаллов определяются характером распространения в них света, что связано с симметрией кристаллов. По характеру распространения света все вещества разделяются на две группы: оптически изотропные и анизотропные. К оптически изотропным относятся кристаллы кубической сингонии, кристаллы остальных сингоний оптически анизотропны. Для алмаза показатель преломления равен 2.42. Показатель преломления характеризует отношение скоростей света в данных средах. Скорость распространения света одинакова для всех волн только в вакууме. В средах же скорости света, а следовательно, и показатели преломления различны для разных длин волн. Показатель преломления возрастает с уменьшением длины волны. Показатели преломления оптически изотропных кристаллов определяют следующими методами: с помощью призмы, с помощью рефрактометра, погружением кристалла в жидкости с известным показателем преломления (иммерсионный метод). Принцип метода заключается в следующем. Если кристалл поместить в прозрачную жидкость, имеющую такой же показатель преломления, как и кристалл, последний становится невидимым. Первые определения показателя преломления алмаза были сделаны в XIX в. рядом исследователей (Schrauf, 1860; Сloizeaux, 1874; Walter, 1890; Wulfing, 1896 и др.). Измерения производились на алмазных призмах в широком диапазоне волн. Зависимость показателя преломления от длины волны определяет дисперсию света. Дисперсионный эффект ć определяется как разность показателей преломления для фиолетового и красного лучей: ć =2,465-2,402=0,063. Луч белого света, упавший на площадку бриллианта, преломится и достигнет одной из граней низа. При этом произойдет его разложение на составляющие цвета спектра. Ультрафиолетовые части спектра, обладающие большим показателем преломления, преломятся сильнее, чем лучи инфракрасной части. В дальнейшем путь этих лучей различен. Разница в направлениях данных лучей и характеризует величину дисперсионного эффекта для данного минерала. Если дисперсионный эффект незначителен, то и отклонения лучей будет незначительное. Если дисперсионный эффект имеет значительную величину (как у алмаза), то мы будем отчетливо видеть в точке Д кр- красные, а в точке Д ф – фиолетовые блики. Следовательно, дисперсионный эффект характеризует цветовую игру минерала. Алмаз обладает высоким дисперсионным эффектом (а, следовательно, и игрой). Было установлено, что алмаз обладает высокой дисперсией 0,062, т. е. показатель преломления его сильно изменяется в зависимости от длины волны (табл.1). Таблица1Показатели преломления алмаза для различных длин волн
Бауэр (1932) в своей монографии приводит данные Мартенса, который определил показатели преломления для волн в интервале от λ=313мμ до λ=760мμ; согласно его замерам N313=2,5254. Петер (1923) рассчитал показатели преломления для различных волн в ультрафиолетовой области. Результаты ранних исследований подтверждаются более поздними работами (Кухаренко, 1955). При воздействии на алмазы гидростатического давления показатель преломления их понижается; при нагревании –повышается (Ramachandran, 1950; Denning at al., 1957; Schmidt et al., 1968). Значения пьезооптических постоянных алмаза приведены в табл.2. Таблица 2Пьезо- и упругооптические постоянные алмаза для λ=5893 Å (значения qприведены в един. 10-13 см2*дин-1)
*Значения определены для λ=5400Å. Отражательная способность и блеск. Интенсивность блеска кристалла с идеальными гранями обусловливается его отражательной способностью R, которая может быть определена по формуле Френеля R=(n-1)2/(n+1)2. отражательная способность алмаза, если вычислить ее по этой формуле, подставив значение показателя преломления п=2,417, соответствующее натровому свету (λ=589,3), равна 0,172. Это значит, что из всего потока падающего на алмаз света только 17,2% отражается от поверхности его граней. Как известно, на проявление блеска большое влияние оказывает характер поверхности кристаллов. Кристаллы алмазов с гладкими зеркальными гранями, имеющими совершенную поверхность, обладают сильным блеском. Если кристаллы имеют тонкопластинчатое строение граней (111) и широко развитые комбинационные поверхности, сложенные кромками отдельных пластин, то эти поверхности выглядят более тусклыми. Так, например, грани кристаллов алмазов типа II (безазотных), а также промежуточного типа имеют заметно меньший блеск, чем алмазов типа I (азотных). Это объясняется тем, что грани (111) на кристаллах алмазов типа II имеют микрослоистое строение, а кривогранные поверхности на кристаллах алмазов этого типа бывают постоянно скульптированы каплевидными холмиками. Кривогранные поверхности кристаллов алмазов типа I часто бывают совершенно гладкими и обладают сильным блеском. Некоторые скульптуры, образующиеся в результате травления или коррозии, сильно изменяют интенсивность и характер блеска поверхности кристаллов. Например, при развитии коррозии на гранях округлых кристаллов появляется тонкая штриховка, идущая параллельно короткой диагонали ромбических граней. В результате этого поверхность кристаллов приобретает маслянистый, шелковисто-атласный блеск. Иногда возникает так называемая леденцовая поверхность, обладающая блеском, напоминающим тускло блестящую поверхность льда. При сильной коррозии грани настолько сильно изъедаются, что поверхность кристалла становится совершенно матовой. В некоторых случаях протравленная поверхность кристалла имеет определенную структуру, в связи с чем при определенном положении по отношению к источнику света от поверхности кристалла получается интенсивный отблеск от многочисленных микроскопических гранок. Это можно наблюдать, например, на кристаллах, имеющих черепитчатую скульптуру. Критический угол и явление полного внутреннего отражения. Из формулы показателя преломления видно, что свет, идущий перпендикулярно поверхности раздела двух изотропных сред, не испытывает преломления. При переходе света из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем преломления угол преломления меньше угла падения, и наоборот. При переходе из воздуха в среду, имеющую более высокий показатель преломления, всем возможным углам падения лучей (от 0 до 90۫) соответствуют углы преломления от 0 до некоторого угла φ; угол φ соответствует углу падения, равному 90۫. Величина угла φ находится из формулы N=sinα / sinβ. Если β приравняем к φ, а вместо α поставим 90۫ , то N=sin90۫ / sinφ, откуда sinφ=1/N. Угол φ называется предельным или критическим. При обратном ходе лучей из рассматриваемой среды в воздух углам β от 0 до φ соответствуют в воздухе углы α от 0 до 90º. При величине β>φ в выражении N=sinα/sinβ показатель преломления должен быть больше единицы. В этом случае луч не выходит из среды, а полностью отражается от ее поверхности. Это явление называется полным внутренним отражением. Угол полного внутреннего отражения (критический угол) для алмаза (при показателе преломления N=2,42) равен 24º50′. Критический угол играет большую роль в оптических явлениях, происходящих в бриллиантах и ограненных самоцветах. Если угол падения луча (11′) на грань низа будет меньше критического, то луч выйдет из камня в воздух. Если же этот угол будет больше критического, то луч, отразившись от грани низа, попадает на противоположную грань, затем на грань верха и, наконец, сможет попасть на наш глаз. Следовательно, чем меньше критический угол, тем больше область углов, при которых происходит явление полного внутреннего отражения. Учитывая, что для алмаза критический угол равен 24º 50′, все лучи, которые будут падать на алмаз в интервале углов 90º-24º50′=65º10′, будут претерпевать явление полного внутреннего отражения. Литература
|