Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Минералогия /

Изучение оптических свойств минералов

←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 



Скачать реферат


углом, превышающим предельный. Чем значительнее разница в показателях преломления двух сред, тем меньше предельный угол и тем большая часть падающих лучей испытает полное внутреннее отражение.

Луч естественного света, войдя в кристалл, преломляется и разделяется на два луча, идущих с различными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такое явление называют двойным лучепреломлением, или двупреломлением.

Рисунок 2 - Явление полного внутреннего отражения

Рассмотрим два случая двупреломления лучей. Один из возникших при двупреломлении лучей идет с одинаковой скоростью по разным направлениям в кристалле, а другой меняет скорость в зависимости от направления. Первый луч называют обыкновенным и обозначают о, а второй – необыкновенным обозначают е.

Рисунок 3 - Двупреломление в ромбоэдре исландского шпата: о – обыкновенный луч; е – необыкновенный луч.

Явление двупреломления связано с анизотропностью кристаллов, т.е. с неодинаковыми свойствами кристаллов. В веществах с одинаковой скоростью распространения света двупреломление не происходит. В анизотропных веществах двупреломление происходит во всех направлениях (кроме направлений оптических осей).

2. Оптическая индикатриса кристаллов различных сингоний

Оптические свойства кристаллов изображаются с помощью оптической индикатрисы.

Оптическая индикатриса — вспомогательная поверхность, имеющая форму шара или эллипсоида. Каждый радиус-вектор индикатрисы пропорционален величине показателя преломления той волны, колебания которой совершаются в направлении этого вектора (распространяется свет в направлении, перпендикулярном к направлению колебания волн). Таким образом, оптическая индикатриса наглядно выражает связь между величинами показателей преломления и направлением колебаний световых волн, проходящих через кристалл. Оси симметрии эллиптического сечения индикатрисы - единственные направления, вдоль которых совершаются колебания световых волн в данном сечении кристалла. Форма индикатрисы зависит от симметрии кристалла.

Оптическая индикатриса кристаллов кубической сингонии.

Оптические свойства кристаллов кубической сингоний, показатель преломления которых постоянен, характеризуются индикатрисой, имеющей форму шара с радиусом, пропорциональным величине показателя преломления.

Оптическая индикатриса кристаллов средних сингоний.

Для кристаллов средних сингоний оптическая индикатриса имеет форму эллипсоида вращения, ось вращения которого соответствует показателю преломления, совпадающему с единичным направлением в кристалле.

Принцип построения оптической индикатрисы для кристаллов средних сингоний рассмотрим на примере тетрагонального кристалла.

На схеме (рисунок 4,а) показаны лучи S1, S2, S3, падающие на различные грани кристалла, где изображены векторы, в направлении которых происходят колебания световых волн, проходящих через данную грань. Длины векторов пропорциональны величинам показателей преломления для соответствующих направлений.

Луч S1, идущий вдоль единичного направления L4, встретит на своем пути основание призмы, характеризующееся равенством единичных отрезков ах = ау, что обусловливает изотропность сечения. Поэтому вектор световой волны, соответствующий лучу S1, проходя через кристалл, будет совершать колебания во всех направлениях с одинаковой скоростью и одинаковым показателем преломления. Двойное лучепреломление здесь отсутствует и, следовательно, фигура, изображающая изменение показателя преломления для рассматриваемого сечения, - окружность с радиусом n0.

Рисунок 4 - Принцип построения оптической индикатрисы: а – возможные направления колебания волн для лучей, идущих перпендикулярно к различным граням тетрагонального кристалла; б – пространственная фигура, отражающая изменение показателей преломления в тетрагональном кристалле.

Лучи S2 и S3 перпендикулярны к вертикальным граням призмы, которые характеризуются равенством единичных отрезков по ах и ау и неравенством aγ = ay ≠ az. Это неравенство обуслов¬ливает анизотропность сечения и, следовательно, разложение обыкновенного света на две поляризованные волны, колеблющиеся во взаимно перпендикулярных направлениях с разной скоростью и различными показателями преломления. Для обыкновенного луча, волны которого колеблются в горизонтальной плоскости вдоль направления х или у, показатель преломления равен n0; для необыкновенного луча, волны которого колеблются вдоль единичного направления L4, ne, показатель преломления равен n0. Таким образом, фигура, характеризующая изменение показателя преломления на гранях призмы, представляет собой эллипс с двумя неравными осями.

Величина показателя преломления необыкновенного луча меняется при изменении его наклона относительно единичного направления от n0, при совпадении луча с единичным направлением, до ne, если луч идет перпендикулярно к единичному направлению. Промежуточные значения показателя преломления обозначаются ne'.

Свойства кристалла, как известно, в параллельных сечениях сохраняются. Поэтому, переместив мысленно в центр кристалла плоские изображения, характеризующие изменение показателей преломления на его гранях и объединив их общей поверхностью, получим пространственную фигуру, отражающую изменение показателей преломления, т.е. оптическую индикатрису, которая в данном случае будет иметь форму эллипсоида вращения (рисунок 4,б). В кристаллах средних сингоний оптическая ось совпадает с единичным направлением и, следовательно, с осью вращения индикатрисы ne. Рассекая мысленно эллипсоид вращения плоскостями, расположенными под углом к оси вращения, видим, что в каждой из таких плоскостей изменение показателей преломления характеризуется эллипсом, одна из осей которого n0 - величина постоянная; другая ось ne' - величина переменная (рисунок 5). Индикатриса одноосных оптически положительных кристаллов имеет форму эллипсоида, удлиненного по оси вращения, где ne. соответствует ng, индикатриса оптически отрицательных кристаллов имеет форму сплюснутого эллипсоида, для которого ne соответствует np. Эллиптическое сечение индикатрисы, проходящее вдоль оптической оси, называется главным сечением и характеризуется крайними значениями показателей преломления ne и n0. Разность ne - n0 (или n0 - ne) дает максимальную величину двупреломления оптически одноосного кристалла. В разрезе, перпендикулярном к оптической оси, двупреломление кристалла равно нулю; во всех косых сечениях его величина имеет промежуточные значения.

Рисунок 5 - Оптическая индикатриса одноосных кристаллов положительных (+) и отрицательных (-).

Оптическая индикатриса кристаллов низших сингоний.

Внутренняя структура кристаллов низших сингоний характеризуется наличием не менее трех единичных направлений, что определяет форму оптической индикатрисы в виде трехосного эллипсоида с тремя неравными взаимно перпендикулярными осями, соответствующими одному из главных показателей преломления ng, nm, np (рисунок 6).

Геометрия трехосного эллипсоида предопределяет и наличие симметрично расположенных двух круговых сечений, радиусы-векторы которых равны среднему показателю преломления nm. Перпендикулярно к круговым сечениям располагаются оптические оси кристалла А1 и А2, при прохождении вдоль которых лучи не испытывают двойного лучепреломления.

Рисунок 6 - Оптическая индикатриса двуосных кристаллов — положительных (+) и отрицательных (-).

В оптически двуосных кристаллах различают три главных сечения- ngnp, ngnm, nmnp. В сечении ngnp лежат оптические оси, поэтому оно называется плоскостью оптических осей. Ось nm перпендикулярна к плоскости оптических осей. Острый угол между оптическими осями называется углом оптических осей и обозначается 2V; оси ng и nр являются биссектрисами этих углов. Если биссектриса острого угла ng, то кристалл относится к оптически положительным (рисунок 7,а), если nр — к оптически отрицательным (рисунок 7,б); если угол 2V=90° кристалл оптически нейтрален (рисунок 7,в).

В сечении кристалла, совпадающем с плоскостью ng - np, разница между величинами показателей преломления максимальная. Только в этом сечении можно определить максимальное двупреломление анизотропного минерала, которое является его характерной оптической константой.

Рисунок 7 - Разрез индикатрисы по плоскостям оптических осей для кристаллов: а — оптически положительного, б — отрицательного, в — нейтрального; А1 и А2 — оптически» оси, К1 и К2 — соответствующие нм круговые сечения.

Ориентировка оптической индикатрисы в кристаллах различных сингоний

Под ориентировкой оптической индикатрисы понимается взаимное положение осей индикатрисы и кристаллографических осей. Ориентировка индикатрисы в кристаллах различных сингоний различна и поэтому является одной из важнейших констант минерала.

Ориентировка индикатрисы в кристаллах кубической сингоний произвольна, так как такие кристаллы не имеют единичных направлений. Ориентировка индикатрисы в кристаллах средних сингоний однотипна. Ось вращения индикатрисы (ее оптическая ось) всегда совпадает с единичным направлением в кристалле L4, L3, L6. Ориентировка индикатрисы кристаллов низших сингоний зависит от симметрии кристалла.

В кристаллах ромбической сингоний кристаллографические оси а, b, с взаимно перпендикулярны, α = β = γ = 90°. Главные оси индикатрисы ng, nm

←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 



Copyright © 2005—2007 «Mark5»