Chỉ số khúc xạ, khúc xạ kép và sự biến thiên chỉ số khúc xạ (Phần 1)

Chỉ số khúc xạ, khúc xạ kép và sự biến thiên chỉ số khúc xạ

Các khái niệm khúc xạ kép và sự biến thiên chỉ số khúc xạ

Khúc xạ đơn và khúc xạ kép

Khi truyền vào các đá thuộc hệ lập phương hoặc vô định hình, tia sáng đơn thuần chỉ bị khúc xạ mà không bị tách thành hai tia khác nhau. Trong trường hợp này ta có khúc xạ đơn. Khúc xạ kép là hiện tượng khi một tia sáng truyền qua các đá có cấu trúc tinh thể khác với hệ lập phương, bị tách thành hai phân cực có tốc độ truyền khác nhau vì vậy có khả năng lệch khác nhau.

Các đá khúc xạ kép thường có một hoặc hai phương khác nhau cho khúc xạ đơn và các phương này được gọi là trục quang học của tinh thể. Những đá quý thuộc hệ lục phương, 4 phương, 3 phương chỉ có một trục quang học, trục này song song với trục tinh thể chính. Tinh thể của các đá thuộc hệ này được gọi là tinh thể đợn trục hay một trục. Các đá có cấu trúc tinh thể thuộc hệ trực thoi, một nghiêng và 3 nghiêng có hai trục quang học và được gọi là đá lưỡng trục.

Khúc xạ đơn và khúc xạ kép
Khúc xạ đơn và khúc xạ kép

Đối với những đá thuộc hệ đơn trục, phương có chiết suất không đổi và không phụ thuộc vào hướng truyển của tia sáng đượ gọi là tia thường. Chiết suất theo tia này được kí hiệu là ne . Nếu ne > no ta có tinh thể dị hướng dương. Nếu ne < no ta có tinh thể dị hướng âm. Đối với đá lưỡng trục ta có 3 giá trị chiết suất, chiết suất nhỏ nhất ký hiệu là A, lớn hơn là B, lớn nhất kí hiệu Y

Độ lưỡng chiết (birefringence) là đại lượng đặc trưng cho tính chất khúc xạ kép của đá và được tính bằng hiệu số giữa giá trị chiết suất lớn nhất và giá trị chiết suất nhỏ nhất.

Liên hệ giữa tính dị hướng và độ lưỡng chiết : đá quý có độ dị hướng quang học càng mạnh thì độ lưỡng chiết càng cao và ngược lại.

Sự biến thiên chỉ sổ khúc xạ (tán sắc chiết suất)

Khi chùm tia sáng trắng truyền qua một lăng kính thủy tinh ta sẽ thấy chùm tia khúc xạ có nhiều màu như cầu vồng. Như vậy lăng kính thủy tinh đã phân tích ánh sáng trắng thành những tia sáng có màu khác nhau và các bước sóng khác nhau. Hiện tượng này được gọi là sự tán sắc.

Độ tán sắc được đo bằng hiệu số giữa chiết suất của đá đối với tia đỏ và tia tím.

Phương pháp xác định chiết suất, lưỡng chiết suất và tán sắc chiết suất:

Phương pháp khúc xạ kế:

Cấu tạo khúc xạ kế

Khúc xạ kế là dụng cụ xác định chiết suất dựa trên nguyên tắc hiện tượng phản xạ toàn phần
Khúc xạ kế là dụng cụ xác định chiết suất dựa trên nguyên tắc hiện tượng phản xạ toàn phần

Khúc xạ kế là một dụng cụ để xác định chiết suất dựa trên nguyên tắc của hiện tượng phản xạ toàn phần. Trong một khúc xạ kế, môi trường đặc quang học với chiết suất đã biết có thể có các dạng sau:

  • Một bán cầu thủy tinh chì nặng được đánh bóng
  • Một phần của bán cầu ấy
  • Một hệ lăng kính có góc ở đỉnh 60 độ từ vật kiệu ấy.

Trong trường hợp mặt trên của môi trường này là nơi đặt viên đá để đo

Nếu như mặt phẳng của bề mặt bóng nhẵn của bất kì viên đá quý nào với chiết suất thấp hơn so với chiết suất của bán cầu được đặt trên vị trí tiếp xúc quang học với mặt bán cầu thủy tinh thì các tia sáng sau khi đi qua thủy tinh để tới viên đá sẽ hoàn toàn bị khúc xạ vào viên đá và sau đó thoát ra không khí, khi chúng đập phải bề mặt tiếp xúc với góc tới hạn, còn khi đạp phải bề mặt tiếp xúc với một góc lớn hơn hóc tới hạn thì chúng sẽ phản xạ lại toàn phần. Nguyên tắc cấu tạo của khúc xạ kể đúng như vậy: thủy tinh trong khúc xạ kế là môi trường đặc còn đá là môi trường loãng hơn (về mặt quang học), trong trường hợp này nếu chiết suất của đá càng cào thì góc tới hạn giữa đá và thủy tinh càng lớn.

Các tia phản xạ một phần hay toàn phần được chiếu lên bằng một hệ thấu kính đặt trên đường truyền và được quan sát bằng một thị kính. Một phần của thang đo nơi các tia phản xạ toàn phần chiếu sáng sẽ sáng hơn, phần còn lại không được chiếu sáng sẽ tối hơn. Tỷ lệ đó được xác định rõ bởi các nhà chế tạo thiết bị để cho phép đọc trực tiếp chỉ số khúc xạ trên thang đo.

Sử dụng khúc xạ kế

Quy trình cho mặt facet lớn
Sử dụng khúc xạ kế
Sử dụng khúc xạ kế

Viên đá để thử nghiệm cần có mặt facet lớn phẳng và được đánh bóng tốt, càn có sự tiếp xúc quang giữa kính bán trụ của khúc xạ kế và viên đá. Điều này thực hiện được nhờ chất lỏng có chỉ số chiết suất 1,81 và chỉ số này giới hạn trên của thang đo của khúc xạ kế.

  • Nhẹ nhàng nhỏ một giọt nhỏ chất lỏng đó vào giữa mặt bán cầu và cẩn thận đặt viên đá lên sao cho chất lỏng trải đều ra tạo thành một lớp mỏng tiếp xúc giữa viên đá và mặt bán cầu.
  • Để tầm mắt sao cho thang đo thấy đươc rõ nhất, tức là từ 25 đến 30 cm, sau đó quan sát toàn bộ thang đo
  • Di chuyển mắt theo chiều dài của thang đo cho đến khi nhìn thấy một vạch màu lam – lục ngăn cách phần sáng và phần tối trên thang đo.

Lắp thị kính ngoài vào và điều chỉnh cự ly giữa mặt và thị kính sao cho thang đo thấy được rõ nét nhất. Lúc này ta có thể thu được chiết suất chính xác bằng cách lấy số đo ở mép trên của vạch lam-lục.

Khi dùng ánh sáng đơn sắc, ta thu được đường viền sắc nét trong vùng tối với một khúc xạ kế tiêu chuẩn. Khi dùng ánh sáng trắng không dễ dàng xác định được vị trí chính xác của đường viền tối, người đọc có thể lấy giá trị quy ước khi chuyển từ vùng xanh sang vàng thì chỉ số khúc xạ ở điểm đó có thể là cao nhất ( hoặc thấp nhất)

Để xác định và đo giá trị khúc xạ kép chính xác trên khúc xạ kế , người ta phải dùng một tấm nicon phân cực hay một tấm phân cực polaroid đặt trên ống thị kính của khúc xạ kế.

Chỉ số khúc xạ của các đá quý chủ yếu
Chỉ số khúc xạ của các đá quý chủ yếu

Với việc dùng nguồn sáng natri, những người có kinh nghiệm có thể thu được nhiều thông tin chi tiết về bản chất quang học của đá cần xác định: tính trục (đơn trục hay hai trục ), dấu quang học (dương hoặc âm). Những thông số này luôn luôn cần thiết đối với các nhà khoa học, nhưng đôi khi cũng có ý nghĩa quan trọng đối với công tác giám định đá quý.

Quy trình cho mặt cacbochon và mặt facet nhỏ

Để thu được kết quả tốt trên khúc xạ kế thì điều cần thiết là viên đá phải có một mặt đánh bóng tốt để nó có thể tiếp xúc tốt với mặt bán trụ của thiết bị. Quy trình như sau:

  • Dùng một ống mao dẫn cho đá chạm vào giọt chất lỏng nhỏ.
  • Đặt đá vào vị trí giữa mặt bán cầu của khúc xạ kế. Điểm tiếp xúc sẽ được phóng đại nhẹ bởi giọt chất lỏng.
  • Đưa mắt cách thị kính khoảng 12 inch, và di chuyển dầu nhẹ nhàng cho đến khi nhìn thấy điểm tiếp xúc của đá và giọt chất lỏng như một đốm trong phần giới hạn của thang đo.
  • Sau khi đốm được định vị ở thị kính, ta di chuyển mắt lên xuống dọc thang đo để xác định được giá trị lớn nhất mà ở đó đốm này vẫn còn tối và giá trị thấp nhất mà ở đó đốm này trở lên sáng. Chia đôi khoảng cách giữa giá trị cao nhất và giá trị thấp nhất sẽ cho ta chỉ số chiết suất.

Cách bảo quản khúc xạ kế

Khi còn mới, bề mặt bán cầu thủy tinh của khúc xạ kết là nhẵn và rất tụ quang (các đường viền hiện lên rất rõ ràng). Do vậy, ta phải luôn quan tâm giữ tốt mặt phẳng này, tránh những va chạm cơ học khi đặt mẫu đá lên đó, các góc cạnh của đá sẽ rạch xước bề mặt thủy tinh; tránh những tác động của chất lỏng. Sau khi sử dụng phải lau sạch mặt bán cầu. Khi không dùng thì bôi một lớp mỏng vaselin lên mặt kính.

Sau khi sử dụng phải lau sạch mặt bán cầu
Sau khi sử dụng phải lau sạch mặt bán cầu

Nếu kính bắt đầu bị mờ, ảnh hưởng đến kết quả đo thì phải dùng một mảnh vải mềm nhúng vào dung dịch nhão của phấn mĩ phẩm để lau nhẹ. Khi kính đã bị xước nhiều thì phải đem đi đánh bóng lại.

Công ty cổ phần Trang sức và Đá quý Việt nam là một trong những công ty hàng đầu cả nước về thiết kế, chế tác về đá quý và trang sức. Nếu có mong muốn tư vấn thiết kế sản phẩm trang sức, đá quý mang tính “cá nhân hóa và gắn liền với câu chuyện của bản thân”,  Quý khách vui lòng đăng ký trực tiếp trên website để được phục vụ tốt nhất.

Để được tư vấn trực tiếp, Quý Khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đăng ký trực tuyến TẠI ĐÂY. Ngoài ra, nếu Quý khách cần hỗ trợ luôn, vui lòng nhắn tin tại TẠI ĐÂY (24/24).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *