[科普中国]-正交偏光镜

应用及现象解释

偏光镜对鉴别均质体、非均质体和多晶质体具有重要的作用。

均质体若待测宝石为均质体，当自然光经过下偏光片透过宝石时，光的振动方向不发生任何变化，其仍为偏振光。通过上偏光片后，光全部被阻挡不能通过。因此任意转动宝石，宝石在视域中呈全暗(消光)(图2-1-31)。

非均质体晶体中除等轴晶系宝石外，都为非均质宝石。当待测宝石为非均质体时，在正交偏光镜下，转动宝石360°，宝石会出现四明四暗现象。这是因为非均质体具有将光分解成振动方向相互垂直的两束偏光的性质(光轴方向除外)。当通过下偏光片的平面偏光进入待测宝石时，若下偏光振动方向与宝石的光率体两个椭圆半径之一平行时，下偏振光透过宝石，振动方向不发生变化，仍与上偏光片振动方向垂直，从而被阻挡，视域全暗(见图2—1—32(a))；若下偏光振动方向与宝石的光率体两个椭圆半径斜交时，下偏振光被宝石分解成振动方向相互垂直的两束偏光。有一部分光线可透过上偏光片，视域逐渐变亮，当若下偏光振动方向与宝石的光率体两个椭圆半径斜交呈45°时，视域最亮(见图2-1-32(b))。于是随着宝石的转动，出现了明暗交替现象。这种明暗交替现象在宝石转动一周的过程中出现四次。但是必须指出的是如果非均质体的光轴方向平行于观察方向，则在正交偏光镜下转动宝石360°，宝石并不出现四明四暗现象，而是全暗。1

多晶质宝石多晶非均质集合体宝石在正交偏光镜下，转动360°，宝石在视域中都是明亮的。这是因为多晶集合体中大量的晶体杂乱无章地排列，于是不同晶体将光分解后，所产生的偏振光振动方向也杂乱无章，各个振动方向都有，总体效果近似自然光。聚片双晶发育的宝石情况与此类似。多晶均质集合体宝石在正交偏光镜下，转动360°，宝石在视域中全暗。

特殊现象(1)异常消光

许多均质体宝石在正交偏光下并不出现全暗现象，而是随着宝石的转动，宝石在视域内出现不规则明暗变化，这种现象称之为异常消光，这是由于在均质体宝石中出现异常双折射所造成的。不同的宝石，其异常双折射成因有所不同。玻璃在生产过程中，由于快速冷却，致使内部应力聚集，形成异常双折射，造成常见的“蛇形带状”异常消光现象；焰熔法合成尖晶石由于生产过程中加入了过量的铝，使晶格有一定程度的扭曲，形成异常双折射，从而在正交偏光下出现栅格状或斑纹状异常消光；石榴石则是由于类质同象替换，致使晶格产生了某些不均匀性，从而出现异常消光，甚至出现类似四明四暗的消光现象。

异常消光现象总的来说还是好判断的。因为非均质宝石在正交偏光镜下转动时，每转90°会重复以前的明暗变化，有极明显的规律性，而异常消光现象通常无这种规律性。

在鉴定过程中偏光镜常与折射仪、二色镜相互补充使用。折射仪可判断易混淆的异常消光现象，如石榴石有时在偏光镜下呈现假四明四暗现象，而在折射仪测试过程中永远只会出现一条阴影边界，并且无多色性。反之，偏光镜可帮助判断双折率很小的宝石的光性，如磷灰石的双折率只有0．003，在折射仪上很难见到双阴影边界(特别是非单色光作为光源时)，然而若置于偏光镜下，很容易就可断定出为非均质宝石。

判断是否为异常消光，可以通过折射仪、二色镜对其光性进行验证，也可以在偏光镜下进行验证。首先将宝石在正交偏光镜下转动至最亮处，然后固定宝石，转动上偏光片90°使其振动方向与下偏光片振动方向平行，若宝石亮度不变或稍暗，则为非均质宝石；若宝石变亮，则为均质宝石。使用此法时要注意，有些红、橙、紫红色石榴石具有极明显的异常双折射，有时仍会表现出非均质体的性质，最好的验证方法是使用二色镜和折射仪观察。

(2)全暗假象

要正确判断宝石的光性，首要条件是必须保证有足够的光线穿过宝石。有些高折射率宝石如钻石、锆石、合成立方氧化锆等，若切工良好，台面向下放置时几乎没有光线能够穿过，那么无论宝石为均质体或非均质体，均会呈现全暗的假象。要排除这种并非由宝石本身的光性所造成的全暗假象，可以变换宝石放置方位，如将亭部刻面直接放在载物台上再次进行观察即可。此时，还可将宝石放人与其折射率相近的浸液中，以减少因散射光所造成的影响，增加透过高折射率宝石的光量。

(3)其他假象

某些透明单晶宝石有较多且较明显的裂隙或含有大量包体，这些裂隙和包体都会影响光在宝石中的传播，从而难以准确判断其光学性质。此外，周围其他光线在宝石上若发生反射，造成反射光偏振化，也会影响判断的正确性。

局限性偏光镜在使用中有一定局限性。

1)偏光镜不适用于不透明的宝石的测试。待测宝石必须是透明或半透明，至少部分透明或半透明。如某些透光性不好的弧面型宝石，由于边部较薄，可呈半透明，仍可进行测试。

2)若待测宝石透明，但含有大量的裂隙和包体，则测试的可靠性较差。

干涉图及其观察现象双折射宝石在上下偏光和锥形偏光共同作用下，由消光与干涉效应综合作用而产生的特殊图案，称为干涉图。其在偏光镜下所呈现的是由各色条带组成的图案。在偏光镜的上下偏光片之间加上一无应变干涉球或凸透镜即可将通过下偏光片的平面偏光变成锥形偏光。

白光在非均质体宝石中产生双折射，分解成两条振动方向互相垂直的偏振光，宝石相对于二者的折射率不一样，造成一定的光程差。锥光的作用是增加光在宝石中传播的光程，产生不同大小的光程差。在透过宝石之后会产生干涉，使白光中一部分波长的光加强，而另一部分的光减弱，这些经过干涉后的光，会产生各种颜色，称之为干涉色。干涉色的产生取决于宝石的双折射率和光程。 根据干涉图的形状可判断宝石的轴性。

一轴晶干涉图：一轴晶干涉图为一个黑十字加上围绕十字的多圈干涉色色圈，黑十字由两个相互垂直的黑带组成，两黑带中心部分往往较窄，边缘部分较宽。干涉色色圈以黑十字交点为中心，呈同心环状，色圈越往外越密，转动宝石，图形不变。水晶由于内部结构使偏振光发生规律旋转(即旋光性)，干涉图呈中空黑十字，称为“牛眼干涉图”。某些水晶双晶的干涉图在中心位置呈现四叶螺旋桨状的黑带(特别是某些紫晶)。

二轴晶干涉图：根据观察方向的不同，二轴晶干涉图分为两种，即双光轴干涉图和单光轴干涉图。双光轴干涉图由一个黑十字及“∞”字形干涉色圈组成，黑十字的两个黑带粗细不等。字形干涉色圈的中心为二个光轴出露点，越往外色圈越密。转动宝石，黑十字从中心分裂成两个弯曲黑带，继续转动，弯曲黑带又合成黑十字。单光轴干涉图由一个直的黑带及卵形干涉色圈组成，转动宝石，黑带弯曲，继续转动，黑带又变直。2

观察步骤要观察到宝石的干涉图必须将宝石在正交偏光镜下进行正确的定向，只有当光轴与偏光片近于垂直时才会出现干涉图。首先，使上、下偏光片处于正交位置，放人宝石，之后转动宝石寻找彩色干涉色；当干涉色出现后，在颜色最密集处加上干涉球，即可观察到干涉图。通常，双折率较低的宝石比双折率较高的宝石易于定向。如磷灰石，其双折率0．003，光轴与偏光片夹角只要大于50º一60º即可。换句话说，当光轴与正确的垂直方位小于30º一40º时，都可观察到干涉色。而锆石则不然，锆石的双折率为0．059，要正确定向就比较困难，只有当光轴与正确方位相差10º一15º以下时，干涉色才会出现。如果干涉图不明显，可以将宝石上下转动180º再观察。3

观察宝石的多色性利用偏光镜也可观察宝石的多色性。具体方法是，转动偏光镜的上偏光片，使上下偏光振动方向平行，视域呈全亮；将宝石放到载物台上，分别从2—3个不同的方向上，转动宝石对其进行观察，如果宝石有颜色变化，说明其具有多色性。综合不同方向上观察到的颜色，可给出宝石大致的二色或三色性的颜色。但对多色性较弱的宝石，利用偏光镜不易观察。若要准确地描述宝石的多色性，需要借助二色镜。

注意事项在使用偏光镜对宝石的光性特征、轴性、多色性进行测试的过程中，要注意其适用范围及影响测试的诸多因素。

1)不适用于不透明及透明度不好的宝石。

2)很小的宝石难以观察或难以解释。

3)裂隙和包体发育的宝石可能出现异常现象。

4)测试圆钻形宝石时最好将亭部刻面与载物台接触。

5)测试钻石及其仿制品时，最好置于浸油槽中观察。

6)有些均质体宝石如石榴石、玻璃、尖晶石、欧泊、琥珀等，因为异常双折射，可能出现许多不同的现象，最好用二色镜、折射仪等进行验证。

7)要确定轴性、光性的宝石必须是透明的非均质单晶。

8)测试时除了要转动宝石，还应转换宝石的方位，排除因光线沿光轴方向传播造成的假象。

9)注意区分均质体的黑十字形异常消光与一轴晶干涉图，黑十字形异常消光不会与干涉色同时出现，而一轴晶干涉图却是黑十字与干涉色圈同时出现