舞长官 · 革斗筑
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宝石光性的珠宝折射仪测量
% 衷心强 2 / 3 / 3 +中国地质大学 +武侧宝石研究所〕
宝 石的光学性质是 鉴定 宝石的重要依
据 。 在 鉴定 中 , 除了要知道宝石 的最大折射
率 、最小折射率和双折率外 , 还要知道 宝石是
一轴晶或二轴晶 , 正光符或负光符 。应用珠宝
折射仪能够在宝石的任一抛光平面上测量 出
宝石的这些性质 。不过要达到这一 目的 ,仅仅
遵循正确的操作步骤是不够的 , 还需具备关
于珠宝折射仪测量和晶体光学的理论知识 ,
才能准确地解释结果 。为此 , 作者试以折射率
模式与折射率面的概念 , 系统地阐述应用珠
宝折射仪测量宝石光性的实践所必须的晶体
光学理论及
。
折射率模式 , 不仅与宝石的光性有关 ,而
且还与被测平面的光性方位有关 。 用晶体折
射率面的理论 , 可以直接地解释折射率模式
与被测平面光学性质间的关系 , 从而寻找 出
宝石鉴定所必须的信息 。
4 折射率面
设想 以晶体 内部的一个 固定点作 为原
( 折射率模式
旋转 棍球面
众所周知 , 除了单折射宝石 , 无论是一轴
晶或是二轴晶的双折射宝石 , 它 们的折射率
都会随着光线入射角度的变化而变化 。 在珠
宝折射仪上 , 光线可以看作是沿着平行测台
长轴的方向 , 顺着被测平面入射 / 因而 随着宝
石在测台上位置的变动 +相 当于光线入射角
度变化 − , 会测量到众多数值不 一的折射率
值 。 为了获得有鉴定意义的最大折射率和最
小折射率 , 必需在测 台上把宝石水平地旋转
(, 55 或 ∗6 55 , 同时记下与每一角度对应的两
个折射率读数 。 如果 , 我们把这一测量结果 ,
以宝石旋转的水平角度为横座标 , 折射率读
数为纵座标的形式作图 , 便可形成如图 4 中
所示的曲线 , 并称之为折射率模式 。
旋转 椭圆 球面
光转
图 ( 不同的折射率面
+ (− 均 质体的 折射率面 +4− 一轴 晶正光符的折射率面
+∗ −一轴晶负光符的折射率面 +7 −二轴晶的折射率面
7 (
点 , 在同一方向上画两个矢量 , 其长度与两个
相应的折射 率成正 比 , 随着所有可能 的方
向 , 这两个矢量的端点就形成一个有双壳状
结构的封闭曲面 , 即所谓的折射率面 。折射率
面还可以从麦克斯韦方程导出的菲涅耳方程
来严格地描述 / 图 ( 示 出了不同的折射率面
的立体图形 。
宝石的某一被测平面 ,
8/ 之间的值 。 在垂直光轴 的切面上 , 折射率
面 的剖面是二 个半径 为 8 。 与 8 。 的同心 圆
+图 4 +19 −和 +1: − − , 任何过原点的切面 必与
这两个 圆相交 , 从而决定了在一轴晶宝石的
任一平面上 , 均可以测量到 8 / 和 8 。值 。 一轴
晶的光符 由 8 。 与 8/ 的相对大小决定 , 如 氏
; 8 。 , 是正光符 , 瓜 < 8 。 , 则为负光符 。
相当 于该 宝石 的折射率面
上 , 同一光性方位过原 点的
切面 。 通过对折射率 面所有
不同光性方位剖面 的
,
即可以了解所有可能的折射
率测量结果 , 即所谓的折射
率模式 。
4 / ( 单折射宝 石的折射率
面和折射率模式
它是一个半径为 8 的球
面 , 没 有 双 层 结构 +图 (
+( − − / 它的任意方向的切面
都是半径为 8 的圆 。所以 , 单
折射宝石的任何平面的测量
结果都是一样的 , 折 射率读
数是常量 , 不随宝石在测 台
上水平转动变化 。 它的折射
率模式 是 一条 水平的 直线
+图 4 , +( − − 。
4 / 4 一轴晶宝石折射率面和
折射率模式
一轴晶宝石的折射率面
是 由一个球面和一个旋转椭
球面构成 +图 ( , +4 − , +∗ − − 。
=
( , ((
。 一 洲 (,( ( , 4> ” ∗6 日
尸? ≅ ≅ ? ≅ / , 尸 ≅ ? ? ≅ / ≅ , 尸 ≅ ≅ ?公防向 ‘向 +一交艺Α 交多Α 〔 ” ’
+ ∗ −合移〔⋯‘
+ 7 −� 口 �⋯
卜一迎洲·库兰兰全兰兰州之
耸士兰州 !!
∀丈丈丈洲之
贮宝夕兰驾二
常井之圳 !!
军兰才纠 !!
图 # 折射率面的不同切面和与其对应的折射率模式
� ∃ 均质体 , �# 一轴晶 , 垂直光轴的切面 , � % 一轴晶平行光轴的切面 ,
� & 一轴晶一般取向的切面 , � ∋ 〕列为正光符 , � ( 列为负光符 , ) ∗ 一光轴
球面的半径为 + 。 , 代表所谓正常光 �, 光 的
折射率 + 。 , 它无论在 那个方 向上是不变的。
旋转椭球面的半轴长分别是 + 。 与 + 。 , 与球有
两个切点 , 两切点的连线即光轴 。当光沿光轴
方向入射时 , 不发生双折射现象 。旋转椭面代
表的是异常光 �− 光 的折射率 , 是变量 。 它在
光轴的方 向上等于 + 。 , 垂 直光轴时 , 达到最
大值或最小值 + . 。 在其它方向则取介于 + 。与
一轴晶的折射率面有三种取向不同的切
面 !
� / 垂直光轴的切面 , 折射率面的剖面为
两个半径分 别为 + 。 与 + 。 的同心 圆 , 它 的折
射率模式是两条平行的水平 线 , 两读数都是
常量 , 而且正负光符的图式是一样的 , 如图 #
� 0∋ , 0( 。
� # 平行于光轴的切面 , 折射率面的剖面
为一相切的圆和椭圆 。 圆的半径等于 8 。 , 椭
圆的两半轴长为 8 。 和 瓜 。 正光符 , 椭 圆包裹
圆 , 负光符 , 圆包裹椭圆 。 它的折射率模式是
由一条水平线和一条波浪线组成 , 水平线与
波浪线有两个切点 / 正光符 , 波浪线位于水平
线之下 ,变量读数大于常量读数 , 它的最大值
为 瓜 Β 负光符 , 波浪线位于水平线之上 , 变量
读数小于常量读数 , 它的最小值为 叹 。 图 4
+∗9 , ∗: − 。
+∗ −一般取 向的切面 。折射率面的剖面为
不相切的 圆和椭圆 。 圆的半径等于 8 。 , 椭圆
的两半轴分别为 8 。 为 8 Χ ‘。 氏‘是介于 8 。与 8 Χ
之间的值 。 它的折射率模式是由无公共点的
一条水平线和一条波浪线组成 。 水平线是常
量读数 8 。 ,波浪线是变量读数 。 正光符 , 变量
读数大于常量读数 , 它的最大值为 8 / Β 负光符
则相反 , 如图 ∗ +79 , 7:− / 但是 ,这一折射率模
式具有多解性 , 它还可能是二轴 晶的一种折
射率模式 +图 ∗ +1 − , +4 −− 。
4 / ∗ 二轴晶宝石的折射率面和折射率模式
二轴晶的折射率面是 由复杂的封闭曲面
组成的 。内层曲面与外层 曲面有 7 个切点 。在
切点周围 , 外层 曲面下凹 , 内层 曲面 凸起 , 象
装满了面粉的四角 口袋 +图 ( +7 − − , 过原点和
切点可作出两条直线 , 它们就是两条光轴 , 并
且位于由最小主折射率 9 轴与最大主折射率
下轴所决定的平面内 。 为了进一步了解该双
层曲面的特征 , 可注意 它们在 9 与 日轴 , Δ 与
Ε 轴和 日与 Ε 轴所决定的三个轴平面上的投
影 , 在这三个剖面上 ,分别有半径为 可 , 8 , 和
8 , 的圆 +图 ∗ , +( − , +4 − , +∗ −− , 在空间上这三
个圆是互相垂直的 。所以 , 无论是何种取向的
过原点切面 , 势必要与这三个圆相交 ,这表明
在二轴晶宝石的任一平面上 , 均可以侧量到
氏 、鞠 和 8 , 三个主折射率值 。 与一轴晶不同 ,
二轴晶的两折射光线的折射率都随入射光的
角度变化 。 二轴晶的光符 , 由 8 / 、 8 。及 8 , 的相
对关系决定 , 如果 8 , 一 8 , ; 8 , 一可则 为正光
符 , 8 , 一 8 , < 8 , 一氏‘负光符 /
二轴晶的折射率面存在六种取向不同的
Φ 纽 ( (印 , 4入 /
尸一一? ? 一一, 一 ? ? ? ? ? ? 丫
垂直 《, 轴的 别面阵套幸票丢雾 吐Γ卜,’
垂直 丫轴 的 别面
+Η
Ι
一
,
垂 直卜轴的 剖面
戒#
Ι
平行 一 条光轴的剖面劣夕泛习 〔互协.
一 般取向的 切面
�粤谬今卜督·/ 幻%川币
图 % 二轴晶折射率面的剖面和折射率模式
切面 !
� ∃ 垂直于 。 轴的切面 。折射率面的剖面
是一个半径等于 + . 的圆和 一个长短半轴为
+ , 与 + 。的椭圆 。它的折射率模式是一条水平
线和一条位于水平线下方的波浪 线 , 两线段
没有公共点 , 如图 % � ∃ 。 水平线是值为 + 。 的
常量读数 , 波浪线是变量读数 , 它的最大值为
+ , , 最小值为 + , 。这一模式相似于一轴晶正光
符 , 一般取向切面的模式�图 # � %∋ .
�# 垂直于 1 轴的切面 . 折射率面的剖面
是一半径等于 + , 的圆和一个长短半轴为 + ,
与 + 。 的椭圆 。 它的折射率模式是一条水平线
和位于水平线上方的波浪线 。 水平线是值为
+ , 的常数读数 , 波 浪线是变量读数 , 它 的最
大值为 + , , 最小值为 + 。 , 如图 % � # 。 这一模式
&%
相似于一轴晶 , 负光符 , 一般取向切面的模式
+图 4 +∗ : −− 。
+∗− 垂直于 日轴的切面 +或平行两条光轴
的切面 − 。 该切面含有两条光轴 , 折射率面的
剖面是一个半径等于 8 。的圆和 一个长短半
轴为 8 , 与 8 。 的椭圆 , 圆与椭圆有 7 个交点 ,
它的折射率模式是一条水平线和一条波浪
线 , 两者有 7 个交点 。 水平线是值为 8 , 的常
量读数 , 波浪线是变量读数 , 它 的最大值 为
8 , ,最小值为 8 / 。 不过 , 在观察时 , 往往意识不
到 8 , 不变 , 而认为两读数是变量 , 分别从 8 /
变到 8 , 和从 8 , 变到 8 / 。 见图 ∗ +∗ − 。
+7− 平等一条光轴的切面 。折射率面的剖
面为两个同轴相切的椭圆或其它类型的封闭
曲线 。 它的折射率模式是两条具有两个公共
点的波浪线 / 两波浪线分别是两变量读数 , 它
们的最大值是 8 , , 最小值是 8 / , 共同值是 8 , 。
如图 ∗ +7 − 。
+0− 一般取向的切面 。折射率面的剖面是
两个椭圆 , 并不相交或相切 。其折射率模式是
两条没有公共点的波浪线 。 两波浪线分别是
两变量读数 , 分别取 8/, 到 8 ϑ’和 8 、到 、的值 。
并且 , 在 8 ‘与 8 、中心 有一 个 是 8 , , 见 图 ∗
+0 − 。
+6− 垂直光轴的切面 。和一盘取向切面的
情况相同 。 决不是只能测到一个 8 , 值川 。 误
认垂直光轴是特殊取 向原因 , 可能和一轴晶
的相同切面的情况有关 。实际上 , 一轴晶垂直
光轴的切面 , 也是垂直 “% 轴 ”的切面 。
∗
从前面的分析可以知道 , 用珠 宝折射仪
测量宝石的光性方位时 , 会有遇到 ) 种光性
不同的切面 , 但测量得到的折射率模式 只有
> 种 。 这 > 种不同的模式中 , 有的与光性有唯
一的对应关系 , 有的则不 +表 ( − / 对于光性尚
不确定的模式 , 可应用2 测量宝石另一平面
和3 测定光的振动方向的方法 , 来加以判释 。
表 ∃ 4 种不同的折射率模式及光性说明
均质体的任一切面 , 只能测到一个折射率 . 但多晶集合体 ,包含
由双折射的徽晶组 合成的集合体 , 也属于这 一模式 。
∃∃ 一二二一一一月
川‘“沐立才丈才 + ∃+ 5
‘ ( 贬全二之习 + 沪+ 户
� 」 「万, , , , 下 6 丁一 砚 李二 一冬7 !
一轴晶 , 垂直光轴的切面 . 两读数都是常数 , 光符不能确 定 。
一轴 晶 , 平行光轴的 切面 .
�∋ 变量读数大于常量读数 . 变量读数的最大值为 + . , 常量读数
为 + 。 , 即 。一 + 。 8 , 正光符 6
�( 变量读数小于常量读致 ,变量读数的最小值为 + . , 常量读数
为 + 。 , 即 +一 + 。9 8 , 负光符 。
一轴 晶一般取 向的 切面 , 或 者二轴晶垂直 。 和 4 轴的切面 . 变
: 读致与常 : 读数没有公共值 . 轴性和光符都不能确定 .
... 「 , ; , 一忿 . 一 , 一 ’ ! 一∃ 一一<<< 火 爪= 一 ! > ‘ 、 一丫 ;;;
二轴 晶 , 垂直 归轴的切面 . 常: 读数为 + , , 变量读数的最大值
为 + , , 最小值为 + 。 , 如 + , 一 + , + , 一 + . 为正光符 6 。 , 一 + , 9 + , 一
+ 。 为负光符 。
二轴晶 / 平行一条光轴的切面 。两变Η 读致的Η 大值为 8 , , 最小
值为、 , 公共值为 8/ / 8 , 一 , ; 8/ 一几 为正光符 , 8 , 一 8 ,< 仰一、
为负光符。
/// Κ ≅ / Κ ≅“ 一 Κ ≅ / , 户 Κ Κ≅ 儿 ≅ 召 / 一」二, , 一 止 」」 二轴晶 , 一般取向的切面 / 掀值较小的变 Η 读数的最小值为 8 。 ,最大值为 砌 Β效值较大的变Η 读数的最大值为 8 , , 最小值为
8 , 。 Λ/ 为山和份中的一个 , 但不能确定 。 光符不能确定
某些情况下 / 也可根据 几 、8 , 、、 、8 , 的数值判断光符 。 如果 8 , ; 8 , 十几 Α4 , 则为负光符 / 但是用 8 , 与 8 , 的
平均值 , 或者其它的平均值近似御川都是不可拿的 /
应用测量宝石另一平面的方法 , 只要牢
记 , 一轴晶的两折射率读数中 , 必有一读数为
常数 , 而二轴晶的两读数都是变量的基本规
律 , 即可解决绝大部分的间题 。判释结果参见
表 4 。
这一方法虽简单 , 但通常刻 面宝石除了
台面以外 , 其它刻面都很小 , 不仅测量的精度
不可靠 , 而且小刻面在侧 台上转动时容易划
伤测台 ,从而影响仪器的使用 / 尤其是高折射
率低硬度玻瑞为
的折射仪 , 最好避免使
用这种方法 。高硬度的人工晶体 +如立方氧化
错 −为体材料的折射仪 , 也要谨防硬度接近或
更大的宝石 +如刚玉 −划伤测台 。
侧定光的振动方向角的方法 , 可以克服
上述的困难 ,它不需要再侧量另一个刻面 , 而
只要在测量过程中 , 同时测定振动方向角 / 这
一方法的基本原理是 , 双折射宝石不仅把入
射光分解成二条折射光 , 而且这两条折射光
还是振动方向彼此垂直的线偏振光 。 当折射
光线的折射率取到 乓 和 场 或者 ‘ , 8 , 和 8 ,
时 , 它振动方向是彼此垂直的 。 这时 , 如果我
们能侧定出这一振动方向与被洲平面所成的
角度关系 , 就能够确定被侧平面的光性方位 ,
从而封别折射率模式的光性归属 Μ9Ν 。
光的振动方向可以根据Η 于目镜上的偏
振分析镜来侧定 / 并规定 , 当光的振动方向与
被测平面垂直时 , 振动方向角等于 5ϑ , 平行
被侧平面时 , 振动方向角等于 ) 55 。 又规定 ,
分析镜逆时针方向转动的角度为正 , 反之为
负 +图 7 − 。 作为折射率 。 模式的补充判据 , 只
要知道振动方向角是 5ϑ 、 ) 55 或不是就够 了 。
判别结果请见表 4 。
图 7 标定了振动方向角的偏振分析镜
. 一振动方向角
在测量中 , 正确地测定变量读数的最大
值 +或最小值−和振动方向角是十分重要的 。
尽管这一技能必须在实践中培养 , 但记住下
列的要点是有益的 / 在有可能测到这种数值
的范围内 , 要细心地来回转动宝石 , 直到确信
读数达到最大或最小 。 然后再测定振动方向
角 。
在宝石鉴定实践中会遇到有些二轴晶的
宝石种 , 它们的 8 , 与 8 / 或 8 , 很接近 ,仅相差
。/ 5 5( 到 。/ 5 5 ∗ , 由于珠宝折射仪的精度一般
为 。/ 5 5 4 , 使得这么小的差值难以确认 , 很容
易被当作 一轴晶 / 例如 , 黄玉 , 8 , 一 8一 5/
55 ( Β蓝柱石 8 。一 8一 。/ 5 5∗ Β容易当作一轴晶
正光符 Β柱晶石 , 8 , 一 8 , 一 5 / 5 5 ( , 斧石 8 , 一 8 ,
7 0
一 5 / 5 5 ∗ , 容易测成一轴晶负光符的模式 / 这
种情况下 , 测定振动方向角 , 有助于明确这一
疑点 /
由作者主持制作的立方氧化错珠宝折射
仪 , 做了对振动方向角的标定 。 有 了这一方
法 , 便可在宝石的一个抛光平面上 , 测定宝石
的所有的光性参数 。此外 , 还得珠宝折射仪能
方便地用于造岩矿物的矿物学 、岩石学研究 ,
只要矿物的单体粒度较大 , 有一个面积不小
1Ο Ο , 的抛光平面 。
表 4 光性不定的折射率模式的判读及结果
折射模式 测定振动方向角 +Π −
. ≅ 5ϑ 时的读数为 8 / , 由 几 一 8 。 大
于 %或小于 。决定正或负光符 /
测量宝石的另一平面
两数值中与新测的常量读数相等的
是 8 。 , 另一数值即为 8 / , 由 氏 一 85
大于或小于 。 , 决定正或负光符 。
+(− 如原常量读数仍然不变 , 则是一
轴晶 Β 根据变量读数大于常量读数
或小于它决定正光符 , 或负光符 。
+4− 如新测的两读数都是变量 , 测量
二辆晶 , 根据原常量读数变量读数
的最大值和 最小值 , 确定 8 / 、御 和
8 , 。 光符由8 , 一 8 , 大于或小于 , 一
8 / 决定正或负光符 /
如新测得的、与原来的相等 , 则 御
一 8 /’, 如新测得的砌与原来的相等
则 8 。一 8 , / 由 8 , 一 8 , 大于或小于 仰
一 8 / 决定正或负光符 /
+1− 如果常量读数的 Π 护 5ϑ , 则为一
轴晶 。
+9 −若变量读数大于常量读数 8 。 , 则
它最大值为 8 / , 正光符 。
+: −若变量读数小于常量读数 8 。 ,
则它的最小值为 残 , 负光符 /
+4 −如果常量读数的 . ≅ 。, , 则为二
轴晶。 根据常量读数和变量读数的
最大值 , 最小值确定 8 , 、 8 , / 由 8 , 一
8 。大于 或小于 8 , 一 8 。 决定正或 负
光符 。
如果 8 ‘的 . 并 5 5则 8 , Θ 8 , , 如果 8 、
的 Π 并 。 , !11 8 , ≅ 8 、 , 由 8 , 一 8 , 大于
或小于 御 一 8 / 决定正或负光符 。
参 考 文 献
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