折射仪

折射仪是宝石实验室中最重要的工具之一。它指示（而不是测量）宝石的折射率，这通常为宝石的身份提供重要线索。

尽管人们期望折射仪能够测量宝石内部光的折射，但事实并非如此。它是基于一种名为全内反射（或 TIR）的独特光学现象。 为了更好地理解折射仪，首先需要了解折射。

光线(1)通过一个开口(1a)从折射仪后部进入，开口内（或之前）可以放置黄色钠滤光片。然后光线照射到镜子 (2) 上，镜子将光线传输到半圆柱体 (3) 的中心。该半圆柱体由高折射玻璃制成（通常为Schott的 N-LaSF ，折射率约为nD的1.88 ，莫氏硬度约为 6.5）。在半圆柱体和宝石(4)之间的边界处，光线将在宝石内部部分折射，部分在半圆柱体中反射（请参阅下面的全内反射）。反射光线(5)将穿过读数刻度(6)和透镜 (7) 或一系列透镜，具体取决于折射仪的类型。 反射光线照射到镜子(8)上，镜子将光线引导至目镜(9)，然后从折射仪外部进入您的眼睛 (11)。 目镜（9）可以滑入和滑出以实现更好的聚焦，并且通常与可拆卸的偏光滤镜（10）一起用。

由于半圆柱的硬度与大多数宝石相比相对较低，因此必须小心不要刮伤它。否则会损坏您的折射仪，因为宝石和圆柱之间不可能形成光学接触，并会给您错误的读数。

当光从光密材料（折射率较高）传播到光稀疏材料（折射率较低）时，所有到达两种材料边界的光要么在光密材料内部进行反射，要么被折射到光稀疏材料中，这取决于光的入射角。

对于每两种接触的介质，当光从密度大的介质传播到密度小的介质时，光线完全反射或折射的分界线是固定的，并且可以计算出来。这条分界线称为临界角(ca)。在上面的图像中，您可以看到以红线表示的临界角。

当光以大于此临界角的角度（蓝线）到达两种材料边界时，光线将完全反射回密度大的介质中。以小于临界角的角度到达边界的光将从密度大的介质中折射出来（少量将被反射）进入密度大的介质（绿线）。所有精确地以临界角传播的光都将沿着两种材料边界的路径传播。

注意：在这个例子中，光似乎来自3个光源，但来自单点时原理是相同的。

在半圆柱体中，入射光线和出射光线在指向中心时始终以90度角到达边界。当光线与边界成90度角时不会发生折射。使用半圆柱体，因此进入或离开密度较大的材料的光线不会发生折射。

标准宝石折射仪可以利用这一现象，因为反射的光线将在刻度盘上显示为亮区，而折射的光线不可见（因此显示为黑色）。折射仪刻度盘上显示的明暗边界是临界角的可见表示。

因此，标准宝石折射仪测量玻璃半圆柱体和宝石之间的临界角，并将其绘制在校准的刻度盘上。因此，这种折射仪最好，称为“临界角折射仪”。