正交偏光鏡

正交偏光鏡又稱正交尼科爾稜鏡（crossed Nicol）。在偏光顯微鏡（及反射偏光顯微鏡）中，當它的下偏光鏡（或前偏光鏡）的振動方向，與上偏光鏡的振動方向垂直時，叫做正交偏光鏡。在一般情況下，偏光顯微鏡的兩個偏光鏡都裝置成這種狀態。

基本介紹

• 中文名：正交偏光鏡
• 外文名：crossed polarizer
• 學科：岩礦分析與鑑定
• 套用：鑑別均質體

套用及現象解釋

偏光鏡對鑑別均質體、非均質體和多晶質體具有重要的作用。

均質體

若待測寶石為均質體，當自然光經過下偏光片透過寶石時，光的振動方向不發生任何變化，其仍為偏振光。通過上偏光片後，光全部被阻擋不能通過。因此任意轉動寶石，寶石在視域中呈全暗(消光)(圖2-1-31)。

非均質體

晶體中除等軸晶系寶石外，都為非均質寶石。當待測寶石為非均質體時，在正交偏光鏡下，轉動寶石360°，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)。當通過下偏光片的平面偏光進入待測寶石時，若下偏光振動方向與寶石的光率體兩個橢圓半徑之一平行時，下偏振光透過寶石，振動方向不發生變化，仍與上偏光片振動方向垂直，從而被阻擋，視域全暗(見圖2—1—32(a))；若下偏光振動方向與寶石的光率體兩個橢圓半徑斜交時，下偏振光被寶石分解成振動方向相互垂直的兩束偏光。有一部分光線可透過上偏光片，視域逐漸變亮，當若下偏光振動方向與寶石的光率體兩個橢圓半徑斜交呈45°時，視域最亮(見圖2-1-32(b))。於是隨著寶石的轉動，出現了明暗交替現象。這種明暗交替現象在寶石轉動一周的過程中出現四次。但是必須指出的是如果非均質體的光軸方向平行於觀察方向，則在正交偏光鏡下轉動寶石360°，寶石並不出現四明四暗現象，而是全暗。

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°，寶石在視域中都是明亮的。這是因為多晶集合體中大量的晶體雜亂無章地排列，於是不同晶體將光分解後，所產生的偏振光振動方向也雜亂無章，各個振動方向都有，總體效果近似自然光。聚片雙晶發育的寶石情況與此類似。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並不出現全暗現象，而是隨著寶石的轉動，寶石在視域內出現不規則明暗變化，這種現象稱之為異常消光，這是由於在均質體寶石中出現異常雙折射所造成的。不同的寶石，其異常雙折射成因有所不同。玻璃在生產過程中，由於快速冷卻，致使內部應力聚集，形成異常雙折射，造成常見的“蛇形帶狀”異常消光現象；焰熔法合成尖晶石由於生產過程中加入了過量的鋁，使晶格有一定程度的扭曲，形成異常雙折射，從而在正交偏光下出現柵格狀或斑紋狀異常消光；石榴石則是由於類質同象替換，致使晶格產生了某些不均勻性，從而出現異常消光，甚至出現類似四明四暗的消光現象。

異常消光現象總的來說還是好判斷的。因為非均質寶石在正交偏光鏡下轉動時，每轉90°會重複以前的明暗變化，有極明顯的規律性，而異常消光現象通常無這種規律性。

在鑑定過程中偏光鏡常與折射儀、二色鏡相互補充使用。折射儀可判斷易混淆的異常消光現象，如石榴石有時在偏光鏡下呈現假四明四暗現象，而在折射儀測試過程中永遠只會出現一條陰影邊界，並且無多色性。反之，偏光鏡可幫助判斷雙摺率很小的寶石的光性，如磷灰石的雙摺率只有0．003，在折射儀上很難見到雙陰影邊界(特別是非單色光作為光源時)，然而若置於偏光鏡下，很容易就可斷定出為非均質寶石。

判斷是否為異常消光，可以通過折射儀、二色鏡對其光性進行驗證，也可以在偏光鏡下進行驗證。首先將寶石在正交偏光鏡下轉動至最亮處，然後固定寶石，轉動上偏光片90°使其振動方向與下偏光片振動方向平行，若寶石亮度不變或稍暗，則為非均質寶石；若寶石變亮，則為均質寶石。使用此法時要注意，有些紅、橙、紫紅色石榴石具有極明顯的異常雙折射，有時仍會表現出非均質體的性質，最好的驗證方法是使用二色鏡和折射儀觀察。

(2)全暗假象

要正確判斷寶石的光性，首要條件是必須保證有足夠的光線穿過寶石。有些高折射率寶石如鑽石、鋯石、合成立方氧化鋯等，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。要排除這種並非由寶石本身的光性所造成的全暗假象，可以變換寶石放置方位，如將亭部刻面直接放在載物台上再次進行觀察即可。此時，還可將寶石放人與其折射率相近的浸液中，以減少因散射光所造成的影響，增加透過高折射率寶石的光量。

(3)其他假象

某些透明單晶寶石有較多且較明顯的裂隙或含有大量包體，這些裂隙和包體都會影響光在寶石中的傳播，從而難以準確判斷其光學性質。此外，周圍其他光線在寶石上若發生反射，造成反射光偏振化，也會影響判斷的正確性。

局限性

偏光鏡在使用中有一定局限性。

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，但含有大量的裂隙和包體，則測試的可靠性較差。

干涉圖及其觀察

現象

雙折射寶石在上下偏光和錐形偏光共同作用下，由消光與干涉效應綜合作用而產生的特殊圖案，稱為干涉圖。其在偏光鏡下所呈現的是由各色條帶組成的圖案。在偏光鏡的上下偏光片之間加上一無應變干涉球或凸透鏡即可將通過下偏光片的平面偏光變成錐形偏光。

白光在非均質體寶石中產生雙折射，分解成兩條振動方向互相垂直的偏振光，寶石相對於二者的折射率不一樣，造成一定的光程差。錐光的作用是增加光在寶石中傳播的光程，產生不同大小的光程差。在透過寶石之後會產生干涉，使白光中一部分波長的光加強，而另一部分的光減弱，這些經過干涉後的光，會產生各種顏色，稱之為干涉色。干涉色的產生取決於寶石的雙折射率和光程。 根據干涉圖的形狀可判斷寶石的軸性。

一軸晶干涉圖：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，黑十字由兩個相互垂直的黑帶組成，兩黑帶中心部分往往較窄，邊緣部分較寬。干涉色色圈以黑十字交點為中心，呈同心環狀，色圈越往外越密，轉動寶石，圖形不變。水晶由於內部結構使偏振光發生規律旋轉(即旋光性)，干涉圖呈中空黑十字，稱為“牛眼乾涉圖”。某些水晶雙晶的干涉圖在中心位置呈現四葉螺旋槳狀的黑帶(特別是某些紫晶)。

二軸晶干涉圖：根據觀察方向的不同，二軸晶干涉圖分為兩種，即雙光軸干涉圖和單光軸干涉圖。雙光軸干涉圖由一個黑十字及“∞”字形干涉色圈組成，黑十字的兩個黑帶粗細不等。字形干涉色圈的中心為二個光軸出露點，越往外色圈越密。轉動寶石，黑十字從中心分裂成兩個彎曲黑帶，繼續轉動，彎曲黑帶又合成黑十字。單光軸干涉圖由一個直的黑帶及卵形干涉色圈組成，轉動寶石，黑帶彎曲，繼續轉動，黑帶又變直。

觀察步驟

要觀察到寶石的干涉圖必須將寶石在正交偏光鏡下進行正確的定向，只有當光軸與偏光片近於垂直時才會出現干涉圖。首先，使上、下偏光片處於正交位置，放人寶石，之後轉動寶石尋找彩色干涉色；當干涉色出現後，在顏色最密集處加上干涉球，即可觀察到干涉圖。通常，雙摺率較低的寶石比雙摺率較高的寶石易於定向。如磷灰石，其雙摺率0．003，光軸與偏光片夾角只要大於50º一60º即可。換句話說，當光軸與正確的垂直方位小於30º一40º時，都可觀察到干涉色。而鋯石則不然，鋯石的雙摺率為0．059，要正確定向就比較困難，只有當光軸與正確方位相差10º一15º以下時，干涉色才會出現。如果幹涉圖不明顯，可以將寶石上下轉動180º再觀察。

觀察寶石的多色性

利用偏光鏡也可觀察寶石的多色性。具體方法是，轉動偏光鏡的上偏光片，使上下偏光振動方向平行，視域呈全亮；將寶石放到載物台上，分別從2—3個不同的方向上，轉動寶石對其進行觀察，如果寶石有顏色變化，說明其具有多色性。綜合不同方向上觀察到的顏色，可給出寶石大致的二色或三色性的顏色。但對多色性較弱的寶石，利用偏光鏡不易觀察。若要準確地描述寶石的多色性，需要藉助二色鏡。

注意事項

在使用偏光鏡對寶石的光性特徵、軸性、多色性進行測試的過程中，要注意其適用範圍及影響測試的諸多因素。

1)不適用於不透明及透明度不好的寶石。

2)很小的寶石難以觀察或難以解釋。

3)裂隙和包體發育的寶石可能出現異常現象。

4)測試圓鑽形寶石時最好將亭部刻面與載物台接觸。

5)測試鑽石及其仿製品時，最好置於浸油槽中觀察。

6)有些均質體寶石如石榴石、玻璃、尖晶石、歐泊、琥珀等，因為異常雙折射，可能出現許多不同的現象，最好用二色鏡、折射儀等進行驗證。

7)要確定軸性、光性的寶石必須是透明的非均質單晶。

8)測試時除了要轉動寶石，還應轉換寶石的方位，排除因光線沿光軸方向傳播造成的假象。

9)注意區分均質體的黑十字形異常消光與一軸晶干涉圖，黑十字形異常消光不會與干涉色同時出現，而一軸晶干涉圖卻是黑十字與干涉色圈同時出現