Светопреломление кварца

Кварц — оптически положительное одноосное вещество. Для обычных исследовании бесцветного кварца вполне удовлетворительны следующие величины его показателей преломления.

Светопреломление кварца определялось многими исследователями с точностью до 0,00001 или больше; коме того, в литературе имеется много других определении меньшей точности. Измерения, проведенные с высокой точностью, в целях сопоставления различных образцов кварца и его разновидностей, отличающихся по окраске, или образцов, подвергнутых различной обработке, показали, что независимо от ошибок измерений у кварца наблюдаются заметные вариации светопреломления, функционально связанные с природой самого исследуемого материала. У двух произвольно выбранных кристаллов бесцветного оптического кварца светопреломление, как правило, различается не менее чем на 0,00002, причем максимальные отклонения для материала этого типa могут достигать 0,0001 или 0,0002. Били также установлены различия светопреломления в разных частях одного и того же монокристалла. Это последнее свойство значительно уменьшает точность измерений при определении светопреломления для образна в целом. Отклонения светопреломления такого типа могут быть больше, чем точность измерений. Какие-либо данные измерений, которые относились бы к крайним составам, например стехиометрическому SiО2, свободному от примесей, входящих и твердый раствор кварца, пока не известны; очень мало также сведений о светопреломлении кварца какого-либо определенного или воспроизводимого химического состава. При измерениях светопреломления с точностью, большей чем 0,0001, целесообразно было бы параллельно проводить определения химического состава, удельного веса и параметров элементарной ячейки с целью установления соответствующих зависимостей. Изучение химического состава и физических свойств кварца свидетельствует, что вариации состава кварца в основном выражаются в замещении кремния алюминием и именно с этим замещением следует связывать колебания светопреломления кварца.

В табл. 15 приводятся величины показателей преломления бесцветного оптического кварца при 18° в функциональной зависимости от длины волны света. Эти данные были собраны Сосменом по имеющимся в литературе измерениям светопреломления методом призмы, произведенным в наилучших условиях эксперимента. Точность этих измерений около 0,00001 и в некоторых случаях выше. Значение этих данных до указанного в таблице знака после запятой правомерно лишь в смысле зависимости светопреломления от длины волны. Величина показателен преломления кварца как функция от длины волны во всей области света от ультрафиолетового до инфракрасного может быть вычислена до пятой значащей цифры после запятой по следующим уравнениям:

В табл. 16 и 17 приводится функциональная зависимость показателей преломления бесцветного кварца (для определенных длин воли) от температуры. Точность данных табл. 16 около 0,0001 при комнатной температуре и несколько меньше при более высокой и более низкой температурах. Величины показателей преломления алгебраически уменьшаются с повышением температуры, так же как с увеличением длины волны. Скорость этого изменения светопреломления возрастает вплоть до температуры инверсии около 573°; в точке инверсии происходит резкое уменьшение светопреломления, сменяющееся вновь постепенным понижением величины показателей преломления, но уже с замедляющейся скоростью изменения по мере повышения температуры в области устойчивости высокотемпературного кварца. Термические коэффициенты показателей преломления кварца изменяются с температурой. Для условий комнатной температуры их наиболее вероятные значения, очевидно, составляют —7,5410в6 А Ne и —6,50*10в6 АNo (для натрового света).

С увеличением длины волны света двупреломление кварца уменьшается, причем это изменение относительно быстро происходит при небольших длинах волн. Двупреломление также медленно уменьшается по мере роста температуры до 573°, где эта направленность резко изменяется па постепенное увеличение Ne-No при дальнейшем повышении температуры в области устойчивости высокотемпературного кварца. Наблюдается небольшое двупреломлеиие кварца в направлении оптической оси, равное около 0,000071. В плоскополяризованном свете, распространяющемся в направлении оптической оси, этот эффект возрастает и выражается в расщеплении света на два луча с круговой поляризацией, имеющих противоположные знаки и различные скорости распространения. При выходе из кварца эти два луча вновь соединяются, образуя одни плоскополяризованный луч, несколько повернутый по отношению к исходному лучу.

Отмечены различия в светопреломлении бесцветного и окрашенного кварца, достигающие по крайней мере 0,0004. У дымчатого кварца светопреломление ниже, чем у бесцветного. По мере усиления этой окраски светопреломление уменьшается, нo оно возрастает в результате обесцвечивания таких образцов при нагревании. Светопреломление аметиста относительно высокое. Практически отсутствуют данные о вариациях светопреломления (и других свойств) голубого и розового кварца в зависимости от их состава, а также об эффекте облучения. кварца рентгеновскими лучами. Были установлены небольшие различия в показателях преломления право- и левостороннего кварца, причем светопреломление правостороннего кварца оказалось более высоким в пятом знаке после запятой; однако осталось неясным, не была ли связана эта разница в светопреломлении с различиями химического состава образцов.

В белом свете показатели преломления впервые были измерены в 1811 г. Малюсом. Для монохроматического света различных длин волн светопреломление кварца впервые было измерено с точностью до 0,00005 в 1828 г. Рудбергом, который в 1832 г. также впервые определил величину вариаций светопреломления в зависимости от температуры.