Оптические явления в кристаллах

При переходе пучка света из оптически менее плотной среды (с низким коэффициентом преломления) в более плотную (с более высоким коэффициентом) в точке падения происходит преломление луча, причём угол преломления 3 меньше угла падения а. Согласно теории Максвелла, свет представляет собой электромагнитное излучение, колебания волн которого происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Поляризационный микроскоп отличается от обычного - например, биологического - тем, что он оснащён двумя поляроидами: поляризатором и анализатором, дающими поляризованное освещение. Непрозрачные кристаллы исследуют с помощью отражённого поляризованного освещения, создаваемого в рудных, или металлографических микроскопах. Поляризационный микроскоп позволяет на основании исследования шлифа идентифицировать минерал, установить его вид, происхождение и условия возникновения. Для получения поляризованного света можно использовать синтетические поляроидные пластинки. Ориентированные параллельно, они пропускают свет, колеблющийся в одной плоскости, а в перпендикулярном положении гасят свет. В пластинке кальцита, являющегося телом оптически анизотропным, луч света подвергается преломлению и разделяется на два пучка, которые после прохождения через кристалл сохраняют направление, параллельное первоначальному.

Интереснейшим явлением, придающим особенную красоту драгоценным камням, является иризация- радужное отражение света внутренними слоями кристалла. Микроскопия тонких пластинок, полученных из древних керамических сосудов, позволяет учёным с большой точностью определять материал и место, из которого он был получен в прошлом. В зависимости от типа определённых элементов симметрии кристаллы делятся на кубическую, гексагональную, тетрагональную, тригональную (оспаривается некоторыми теориями), ромбическую, моноклинную и трёхклинную сингонии.

Кристаллы, относящиеся к кубической сингонии, называют оптически изотропными - в них световые лучи распространяются во всех направлениях с одинаковой скоростью; такими являются, например, кристаллы поваренной соли или флюорита. А вот попав на поверхность оптически анизотропного кристалла, луч разделится на два пучка; подобное двойное преломление света можно наблюдать, в частности, в кристаллах кальцита (карбоната кальция).

Лучи, возникающие в анизотропной пластинке, различаются по своим свойствам: один подвергается обычному преломлению и называется обыкновенным лучом, второй же, лежащий вне плоскости падения, получил название необыкновенного. Кристаллы с большим углом, образуемым обыкновенным и необыкновенным пучками, называют телами с высоким двойным лучепреломлением. В оптически анизотропных кристаллах, где происходит двойное преломление света, возможно наличие одного или двух направлений, совпадающих с оптическими осями тела, в которых двойное лучепреломление не наблюдается. Кристаллы тригональной, тетрагональной и гексагональной сингонии имеют только одну оптическую ось, а ромбические, моноклинные и трёхклинные кристаллы характеризуются двумя оптическими осями.

Одним из явлений, происходящих в кристаллах, является гашение, или затухание света. Его исследования производят при помощи поляризационного микроскопа с перпендикулярно ориентированными поляроидами. Если между последними поместить пластинку изучаемого образца, то оптически изотропные кристаллы во время поворота столика микроскопа вызовут стабильное гашение света, а оптически анизотропные при повороте на 360 градусов вызовут четырёхкратное уменьшение его силы.