ИЗОТРОПНЫЕ И АНИЗОТРОПНЫЕ МИНЕРАЛЫ — КиберПедия 

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

ИЗОТРОПНЫЕ И АНИЗОТРОПНЫЕ МИНЕРАЛЫ



Все минералы делятся на оптически изотропные (равносвой-ственные) и анизотропные (неравносвойственные). Это важней­шее качество минералов определяется их различным внутренним строением. К оптически изотропным относятся минералы аморф­ные и минералы кубической сингонии; к анизотропным — минера­лы средних и низших сингонии.

Минералы кубической сингонии относятся к высшей категории симметрии. Схема их внутреннего строения характерпз>ется ра­венством параметров элементарной ячейки (единичных отрезков) по кристаллографическим осям ax = ay = az, что и предопределяет равносвойственность кристаллов кубической сингонии. Скорость прохождения света и величина показателей преломления для любого направления в кристалле постоянны и меняются только от одного минерального вида к другому.

Минералы средних сингонии (тригональчой, тетрагональной, гексагональной) характеризуется равенством параметров элемен­тарной ячейки по осям х и у и неравенством по оси г\ах = ауФа,. Таким образом, в кристаллах данного типа симметрии появляется одно единичное неповторяющееся направление, совпадающее с осью г. Скорости света при прохождении вдоль оси г и вдоль осей ху и показатели преломления для этих направлений раз­личны.

Минералы низших сингонии (ромбической, моноклинной, три-клинной) отличаются неравенством параметров по всем трем кристаллографическим осям ахфауФаг и, следовательно, нали­чием трех единичных направлений и соответственно трех различ­ных показателей преломления.

ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ

Важнейшим свойством оптически анизотропной среды (кри­сталлов средних и низших сингонии) является способность поля­ризовать свет — разлагать естественный свет на две волны, электромагнитные колебания которых совершаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с различными скоростями и, следо­вательно, с различными показателями преломления.

Эффект разложения одного луча на два, названный двойным лучепреломлением, или двупреломлением, был обнаружен в 1669 г.


датским ученым Э. Бартолином в кристалле прозрачного кальцита (исландского шпата). Было замечено, что при рассмотрении через кристалл какого-либо небольшого предмета, например точки на бумаге, видно не одно, а два изображения. При вращении кри­сталла одно изображение остается неподвижным, тогда как другое при повороте кристалла на 360° описывает вокруг первого небольшую окружность (рис. 3, а). Такое явление возможно в том



Рис. 3. Двупреломление в ромбоэдре исландского шпата-

а — положение лучей обыкновенного (о) и необыкновенного (е) при вращении кристалла; б — направление лучей обыкновенного и необыкновенногФ при нрохож-

дении через кристалл

случае, если один луч проходит через кристалл не меняя направ­ления (точка о неподвижна), тогда как другой луч преломляется и идет по отношению к первому под некоторым углом (точка е описывает окружность). Выйдя из кристалла, оба луча сохраняют направление, параллельное первоначальному, но оказываются поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 3,6). Следовательно, один луч имеет постоянный показатель преломления, его назвали обыкновенным и обозначили п0 (ordi­nary— обыкновенный); другой луч имеет переменный показатель преломления, его назвали необыкновенным и обозначили пе (extra­ordinary— необыкновенный).

В кристаллах средних сингоний существует направление, где п0 = пе, при прохождении вдоль которого луч не испытывает двупреломления. Это направление еовпадает с осью симметрии


высшего порядка — L4L3L6 и называется оптической осью кри­сталла. Кристаллы средних сингонии оптически одноосны.

Условно принято при пе>п0 кристалл считать оптически поло­жительным, при пе<п0 оптически отрицательным.

При прохождении света через кристаллы низших сингонии в лк>бых направлениях образуются два луча, скорости которых изменяются в зависимости от направления, т. е. оба луча ока­зываются необыкновенными. Установлено, что кристаллы низших сингонии имеют три характерных показателя преломления: п?, «m» пр (g — grand, большой; in — moyen, средний; р — petit, ма­лый) и две оптические оси. Таким образом, кристаллы низших сингонии оптически двуосны. Если ng nm>nm пр, кристаллы считаются оптически положительными; если ng nm^.nm пр, оптически отрицательными.

ОПТИЧЕСКАЯ ИНДИКАТРИСА

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. (Напоминаем, что 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 сингонии, показатель преломления которых постоянен, характеризуются индикатрисой, имеющей форму шара с радиусом, пропорциональным величине показателя преломления.

Оптическая индикатриса кристаллов средних сингонии.Для кристаллов средних сингонии 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 сингонии рассмотрим на примере тетрагонального кри­сталла.

На схеме (рис. А,а) показаны лучи Su S2, S3, падающие на различные грани кристалла, где изображены векторы, в направ­лении которых происходят колебания световых волн, проходящих


через данн>ю грань. Длины векторов пропорциональны величинам показателей преломления для соотьгтствующих направлении. ;

Луч Si, 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 Si, проходя через кристалл, б^дет 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 п0.



 

 

 

  ^  
А' /
)— к А
к

Рис. 4. Принцип построения оптической индикатрисы

а — возможные направления колебания волн для лучей идущих пер

пенднкулярно к различным граням тетрагонального кристалла 6 — про

страиственная фигура отражающая изменение показателей прелом

ления в тетрагональном кристалле

Лучи Si и S3 перпендикулярны к вертикальным граням призмы, которые характеризуются равенством единичных отрезков по ах и ау и неравенством по а • ах — ау=Ф-ах. Это неравенство обуслов­ливает анизотропность сечения и, следовательно, разложение обыкновенного света на тве 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 п„\ для необыкновенного луча, волны которого колеблются вдоль единичного направления L4, пе, показатель преломления равен п0. Таким образом, фигура, характеризующая изменение показателя


преломления на 1ранях призмы, представляет собой эллипс с двумя неравными осями.

Величина показателя преломления необыкновенней з луча ме­няется при изменении его наклона относительно единичного на­правления от п„, при совпадении луча с единичным направлением, до пе, если луч идет перпендикулярно к единичному направлению Промежуточные значения показателя преломления обознача­ются п/

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,

Рис. 5. Оптическая индикатриса одноосных кристаллов — положитель­ных (+) и отрицательных (—)

получим пространственную фигуру, отражающую изменение пока­зателей преломления, т е оптическую индикатрису, которая в-данном случае будет иметь форму эллипсоида вращения (рис. 4, б) В кристаллах средних сингоний оптическая ось совпадает с единичным направлением и, следовательно, с осью вращения-индикатрисы пе Рассекая мысленно эллипсоид вращения плоско­стями, расположенными под углом к оси вращения, видим, чта в каждой из таких плоскостей изменение показателей преломле­ния характеризуется эллипсом, одна из осей которого п0 — вели­чина постоянная; другая ось п)—величина переменная (рис. 5). Индикатриса одноосных оптически положительных кристаллов имеет форму эллипсоида, удлиненного по оси вращения, где пе-соответствует ns, индикатриса оптически отрицательных кристал­лов имеет форму сплюснутого эллипсоида, для которого пе соот­ветствует пр Эллиптическое сечение индикатрисы, проходящее вдоль оптической оси, называется главным сечением и характери-


зуется крайними значениями показателей преломления пе и п0. Разность пе — п0 (или п0 пе) дает максимальную величину дву-преломления оптически одноосного кристалла. В разрезе, перпен­дикулярном к оптической оси, двупреломление кристалла равно нулю; во всех косых сечениях его величина имеет промежуточные значения.

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, пт, пр (рис. 6). Геометрия трехосного эллипсоида предопределяет

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

наличие симметрично расположенных двух круговых сечений, радиусы-векторы которых равны среднему показателю преломле­ния Пщ. Перпендикулярно к круговым сечениям располагаются оптические оси кристалла А\ и А2, при прохождении вдоль кото­рых лучи не испытывают двойного лучепреломления.

В оптически двуосных кристаллах различают три главных сечения- ngnp, ngnm, птПр. В сечении ngnp лежат оптические оси и поэтому оно называется плоскостью оптических осей. Ось пт перпендикулярна к плоскости оптических осей. Острый угол между оптическими осями называется углом оптических осей и обозна­чается 2V; оси ng и пр являются биссектрисами этих углов. Если биссектриса острого угла ng, то кристалл относится к оптически положительным (рис. 7, а), если пр — к оптически отрицательным (рис. 7,6); если угол 21/=90° кристалл оптически нейтрален (рис. 7, в). 18


Рис. 7. Разрез индикатрисы по плоскостям оптических осей для кристаллов: а — оптически положительного, б — отрицательного, в — нейтрального; А\ и А2 — оптически» оси, Ki и К_2 — соответствующие им круговые сечения

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






Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...





© cyberpedia.su 2017 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.008 с.