Оптические явления в кристаллах

В некоторых разновидностях рубинов и сапфиров проявляется астеризм, или эффект кошачьего глаза. Выяснилось, что это явление вызывают вкрапления в виде волокон рутила или полые канальцы в теле кристалла. Шлифы минералов, наблюдаемые под микроскопом, представляют собой захватывающее и таинственное зрелище.

Специфическим волнообразным гашением света отличается кварц. Затухание не происходит в нём одновременно: в то время как одни части кристалла становятся абсолютно тёмными, другие темнеют лишь отчасти или остаются светлыми. Объясняется это явление тем, что на этапе кристаллизации кварц подвергается сильному направленному давлению. Оптически анизотропные минералы при размещении между поляроидами меняют цвет: это происходит в результате взаимного наложения световых волн, то есть интерференции. Изменение цветов, называемых интерференционными, зависит от типа кристалла и характеристик его двойного лучепреломления.

Для идентификации анизотропных кристаллов применяют сфокусированный свет. Между поляризатором и исследуемым образцом в тубус микроскопа помещается дополнительная фокусирующая линза; ещё одна линза устанавливается между анализатором и окуляром. Такая система позволяет наблюдать интерференционную картину, появляющуюся между поляроидами, и делать выводы о свойствах исследуемых кристаллов. Одним из важнейших оптических свойств кристаллов является цвет. Бесцветные прозрачные кристаллы, например, алмаз или некоторые разновидности кальцита, поглощают часть спектра проходящих через них лучей. При поглощении какой-то части спектра белого света проявляется дополнительный, легко различимый глазом цвет (для оранжевого, например, таким цветом является светло-голубой, для зелёного - фиолетовый, для жёлтого - тёмно-синий). Цвет минерала зависит и от характера освещения. Искусственный свет отличается от дневного отсутствием определённых частей спектра, поэтому, например, кристаллы александрита при дневном свете кажутся зелёными, а при искусственном приобретают красноватый оттенок.

Ещё одним методом является исследование цвета царапины, которую оставляет на шероховатой поверхности - например, на фарфоровой пластинке - идентифицируемый кристалл. Каждое тело поглощает часть падающего на него света. Если поглощение незначительно, тело называют прозрачным, а тела с высокой степенью поглощения называют непрозрачными. Цветные тела пропускают часть белого света, а остальную часть спектра поглощают. В оптически изотропных кристаллах поглощение света во всех направлениях является одинаковым, а в анизотропных поглощение зависит от направления, в котором распространяются колебания поляризованных лучей. Изменение цвета в зависимости от направления колебаний световых лучей носит название многоцветности, или плеохроизма (двухцветный плеохроизм называется дихроизмом, а трёхцветный - трихроизмом).

Необычайно эффектное явление представляет собой люминесценция - свечение тел под влиянием различных факторов. Дневной свет вызывает фотолюминесценцию, катодные и рентгеновские лучи - катодную и рентгеновскую люминесценцию, а нагревание - термолюминесценцию. В зависимости от времени свечения различают флюоресценцию и фосфоресценцию. Первая является разновидностью люминесценции, сопутствует освещению и оканчивается при его прекращении; само название этого явления происходит от зелёных и голубых флюоритов, которые в белом свете светятся фиолетовым цветом. Фосфоресценция некоторое время сохраняется после прекращения освещения.