偏光儀

偏光鏡是一種結構簡單，操作方便的寶石鑑定儀器，主要用於檢測寶石的光性，還可用於判斷寶石的軸性，光性符號及寶石的多色性。是鑑定寶石常用儀器之一。

基本介紹

• 中文名：偏光儀
• 外文名：Polariscope
• 類型：寶石鑑定儀器
• 用途：檢測寶石的光性等

結構原理

由上下偏光片和光源組成。此外還可配有玻璃載物台、干涉球和凸透鏡。光源一般採用普通白熾燈，有時在

正交位置偏振片

光源箱前側開一個狹窄的視窗，也可以為折射儀提供光源。偏光鏡在設計時通常採用下偏光片固定，上偏光片可以轉動，從而調整偏光方向。

當自然光通過下偏光片時，即產生偏光，若上下偏光方向平行，來自下偏光片的偏振光全部通過，則視域亮度最大；若上下偏光方向垂直，來自下偏光片的偏振光全部被阻擋，此時視域最暗，即產生消光。

使用方法

1）清潔寶石，觀察寶石是否透明。

2）打開偏光鏡電源開關，旋轉上偏光片直至消光位置。

3）將寶石放在下偏光片上方的載物台上，在水平方向上轉動寶石360°，觀察寶石明暗變化。

現象解釋

均質體

當自然光通過下偏光片透過寶石時，光的振動方向不發生變化，仍為偏振光。通過上偏光片後，光全部被阻擋。因此轉動寶石在視域中呈全暗（消光）。

非均質體

晶體中除等軸晶系寶石外，都為非均質體。當待測寶石為非均質體時，在正交偏光鏡下，轉動寶石，會出現四明四暗現象。這是因為非均質體具有將光分解成振動方向相互垂直的兩束偏光的性質（光軸方向除外）。

雙折射寶石在上下偏光的共同作用下，由消光與干涉效應綜合作用而產生的特殊圖案，成為干涉圖。根據干涉圖的形狀可以判斷寶石的軸性。

一軸晶干涉圖為一個黑十字加上圍繞十字的多圈干涉色色圈。

二軸晶干涉圖分為兩種，即雙光軸干涉圖和單光軸干涉圖。

多晶質寶石

多晶非均質集合體寶石在正交偏光鏡下，轉動360°，寶石在視域中是明亮的。多晶集合體中大量晶體雜亂排列，不同晶體將光分解後，產生的偏振光振動方向也雜亂無章，各個方向都有，近似自然光。聚片雙晶發育的寶石情況類似。

多晶均質集合體寶石在正交偏光鏡下，轉動360°，寶石在視域中全暗。

特殊現象

（1）異常消光

許多均質體寶石在正交偏光下出現不規則的明暗變化，這種現象稱為異常消光，由於在均質體寶石中出現異常雙折射造成的。

（2）全暗假象

有些高折射寶石如鑽石、鋯石、CZ等，若切工良好，台面向下放置時幾乎沒有光線能夠穿過，那么無論寶石為均質體或非均質體，均會呈現全暗的假象。

（3）其他假象

某些透明的單晶寶石有較多的明顯的裂隙或含有大量的包體，裂隙和包體影響光的傳播，難以判斷光性。

局限性

1、偏光鏡不適用於不透明的寶石的測試。待測寶石必須是透明或半透明，至少部分透明或半透明。如某些透光性不好的弧面型寶石，由於邊部較薄，可呈半透明，仍可進行測試。

2、若待測寶石透明，但含有大量的裂隙或包體，測試的可靠性較差。

JJF1497-2014《偏光儀校準規範》

JJF1497-2014 《偏光儀校準規範》於2014年11月17日由國家質檢總局批准發布並於2015年2月17日起實施，旨在保證偏光儀測量量值的準確傳遞及統一，使不同儀器之間的校準數據具有可比性。

一、規範的主要內容

1、背景

偏光儀測量的物理量稱之為相位延遲，並非廣泛使用的亮度、透射比等較為直觀的光學類物理量。從定義上講，“當一束偏振光束入射到波片時，在波片中分解為沿原方向傳播但振動方向相互垂直的o光和e光，由於傳播速度不同產生的相位差。”該相位差稱為相位延遲。在單位上有兩種表示，即nm和°，它們可通過公式A=B×360°/λ進行轉化，其中，A為角度單位量值，B為nm單位量值，λ為測量時所採用的波長，nm。尤其需要注意的是，雖然大多數偏光儀所能測的相位延遲量程一般只到180°，但相位延遲本身不存在量值上限。

2、主要內容

為了使規範具有普適性並易於操作，規範中只規定了涉及量值準確最為核心的4個校準項目，分別為光源光譜半寬、相位延遲零點、相位延遲重複性、相位延遲示值誤差。

（1）光源光譜半寬

零點、重複性、示值誤差幾乎是所有儀器校準的共性要求，光源光譜半寬這項指標則具備一定的針對性。經分析發現，大多數示值誤差較大的偏光儀最主要的問題出在光源光譜半寬上。對於市場上大量存在的低端偏光儀而言，其光源為混合光，其光譜功率分布一般覆蓋380nm~800nm波段，其相對強度亦千差萬別。光源光譜半寬從5nm~350nm，峰值強度一般從550nm~700nm，差異較大。眾所周知，不同波長處的材料光學特性一般是不同的，相位延遲也不例外。就目前的技術水平而言，不隨波長變化的相位延遲標準器價格遠遠超過偏光儀價格，尚未進入實用階段。上述兩個原因必然導致對於同一標準器測量結果的巨大差異。該項指標對廠商而言，具有十分重要的意義。國外相關標準為了規範並指導儀器的生產，一般建議光源光譜半寬不超過10nm。從測量角度而言，光源光譜半寬的準確計量相對容易，一般單色儀或光纖光譜儀均可勝任。

（2）相位延遲零點

儀器的測量零點是儀器的一個基礎性指標。對於偏光儀而言，該項指標對於手動轉盤式的目視類低端偏光儀，由於無運動部件，其性能一般較為優異。高端自動化儀器則由於內部電機轉動位置的重複性等問題，指標反而未必優於低端儀器。

（3）相位延遲重複性

對於手動轉盤式的目視類低端偏光儀，測量重複性是一個重要問題。由於測量是基於目視，人眼的疲勞會對測量結果造成很大影響。該疲勞程度與光源光譜峰值位置、光源強度、連續工作時間等因素密切相關，一般建議測量3次就可以了。而對於全自動類的高端儀器，不用目視測量，在容許條件下，建議儘可能多次測量，以全面評估性能。

（4）相位延遲示值誤差

示值誤差本是一個十分明確的量，但在偏光儀的校準上，示值誤差往往難以確定。原因有以下3個：

①波長未註明；大部分送檢的偏光儀一般只有幾頁紙的說明書，部分說明書中連最基礎的儀器測量出的相位延遲值的波長條件都未說明。不同波長對應的標準器顯然不一樣。

②單位未註明；部分半自動化偏光儀帶有一數顯螢幕，顯示的數值未標明單位（nm或者°）。

③單位混用；部分儀器測量結果只是其儀器轉盤的轉角度數，該度數的單位和相位延遲的單位雖然都是°，但兩者之間是兩倍關係。為了避免上述3個原因對測量結果的影響，往往需要校準人員和廠家反覆確認乃至科普，才能得到準確的相位延遲示值誤差校準結果。

（5）快軸方向

快軸方向與相位延遲緊密相關。不同的儀器要求測量時被測樣品的快軸方向平行於儀器快軸方向或與快軸方向成45°角。很少有儀器在顯著位置標明儀器的快軸方向。標準器快軸方向放置錯誤可帶來較大的測量誤差。

3、計量標準器

規範中規定了計量標準器“採用標準相位延遲片一套5片，相位延遲標稱值分別為10°、90°、180°、270°、1080° 。相位延遲片中央有效測試區域直徑不小於Φ5mm。對應各標準相位延遲片在套用波長下有確定的相位延遲值並標註快軸方向。 ”其中，10°標準器主要用於測量低相位延遲的領域（如眼鏡行業）。 90°、180°、270°、1080°則用於儀器量程內一般性量值的校準。其中1080°用於高級次量值的校準。對於量程等於或者低於360°的低級次儀器而言，其亦可作為360°量值使用。對於量程範圍只能覆蓋0°~180°的儀器，只需購置10°、90°、180°的標準器即可，無需購置270°、1080°的標準相位延遲片。以量程範圍只能覆蓋0°~180°的偏光儀為例，0°（空氣）、90°和180°隨著儀器測量原理的差異，該3點正好是測量重複性最優或最差的位置，這也是採用這3個 量值來考查儀器性能的主要原因。