Để xác định các tính chất quang học của đá quý có những trường hợp người ta có thể không cần dùng các thiết bị chuyên dụng, nhưng nói chung muốn xác định chính xác và đủ độ tin cậy ta phải sử dụng các thiết bị khác nhau. Những thiết bị cơ bản dùng để xác định các tính chất quang học của đá quý là phân cực kế, khúc xạ kế, phổ kế, kính nhị sắc, đèn cực tím và một số dụng cụ khác.

Xác định tính chất quang học của đá quý bằng phân cực kế

Phương pháp dùng phân cực kế

Đặc tính quang học của đá quý được xác định chủ yếu bằng một thiết bị tương đối đơn giản là phân cực kế.

Cấu tạo phân cực kế

Phân cực kế do các hãng khác nhau sản xuất có thể có hình dạng khác nhau, nhưng nói chung đều có cấu tạo giống nhau.

Nguyên tắc hoạt động của phân cực kế

Nguyên tắc hoạt động của phân cực kế được thể hiện như hình sau

Khi mặt phẳng dao động của tấm phân cực và tấm phân tích song song với nhau. Ánh sáng không phân cực sau khi qua tấm phân cực ở dưới sẽ chỉ còn dao động theo một phương, phương này lại song song với phương dao động của tấm phân tích, vì vậy sẽ tiếp tục đi qua và đập vào mắt người quan sát. Ta vẫn thấy trường sáng.

Nếu phương dao động của tấm phân cực vuông góc với phương dao động của tấm phân tích (trường hợp dưới), ánh sáng sẽ bị tấm phân tích dập tắt. Ta sẽ chỉ quan sát thấy trường tối. Khi có viên đá quý đặt ở giữa hai tấm thì:

• Nếu đó là đá quý đẳng hướng, sau khi qua viên đá, ánh sáng vẫn phân cực theo phương của tấm phân cực, nó sẽ bị tấm phân tích dập tắt. Ta luôn quan sát thấy trường tối.
• Nếu là đá quý dị hướng quang học thì nó sẽ làm quay các tia sáng phân cực theo hai phương vuông góc với nhau. Khi quay viên đá 360° sẽ có 4 vị trí ánh sáng thoát ra được tấm phân tích, xen kẽ với chúng là 4 vị trí ánh sáng bị dập tắt. Như vậy ta sẽ quan sát được 4 vị trí sáng xen kẽ với 4 vị trí tối của viên đá dị hướng quang học (các vị trí này cách nhau 45°).

Kỹ thuật xác định

Xoay một trong hai tấm phân cực cho đến khi nhìn từ trên xuống, ta chỉ thấy tối nhất (trường tối). Đưa viên đá vào giữa hai tấm (có thể dùng tay hoặc đặt trên một tấm thủy tinh tròn). Xoay viên đá 360° (chú ý xoay nhanh), nếu thấy viên đá vẫn tối đen ở mọi vị trí, thì đó là đá quý đẳng hướng. Nếu thấy 4 vị trí tối xen kẽ 4 vị trí sáng (cách nhau 45°) thì đó là đá quý dị hướng quang học.

Chú ý: Nếu xoay viên đá 360° mà luôn luôn tối thì chưa nên kết luận ngay là đá quý đẳng hướng. Nghiêng viên đá sang một hướng khác, sau lại xoay 360°, nếu khi đó vẫn thấy tối thì mới khẳng định được đá là đá đẳng hướng. Tốt nhất nên thử viên đá ở vài hướng khác nhau so với trục của phân cực kế. Sở dĩ như vậy vì theo những phương trùng với trục quang của đá quý dị hướng viên đá có tính chất như đá quý đẳng hướng.

Đá quý kết tinh ở hệ lập phương và thuộc nhóm vô định hình là các đá đẳng hướng. Đá quý thuộc các tinh hệ khác (bốn phương, sáu phương, ba phương, trực thoi, một nghiêng và ba nghiêng) là dị hướng quang học.

Một số trường hợp đặc biệt

• Các đá quý dị hướng mà có cấu trúc vi tinh (tập hợp các tinh thể rất nhỏ) như nephrite, jadeit (nhóm ngọc jat) hoặc ẩn tinh như canxedon sẽ luôn quan sát thấy sáng ở vị trí hai tấm phân cực vuông góc (không sáng hoàn toàn). Độ sáng này không thay đổi khi xoay viên đá 360°. Nguyên nhân của hiện tượng này là, mặc dù là tinh thể dị hướng nhưng các tinh thể này định hướng hỗn độn. Nếu một số tinh thể này ở vị trí tắt thì các tinh thể khác lại ở vị trí sáng và ngược lại. Vì vậy luôn có một lượng ánh sáng đi qua tấm phân tích và viên đá luôn sáng.
• Một số đá quý đẳng hướng không tối đều và tối hoàn toàn ở vị trí hai tấm phân cực vuông góc mà có chỗ tối chỗ sáng theo những hình dạng khác nhau. Hiện tượng này gọi là giả dị hướng (hay dị hướng bất thường) của nhóm đá quý đẳng hướng. Ví dụ như thủy tinh thường có giả dị hướng dạng chữ thập đen, spinel tổng hợp thường có dạng mạng lưới, granat thường có dạng phân lớp… Nguyên nhân của hiện tượng giả dị hướng là do sự có mặt của các ứng suất, các bao thể khác nhau… trong cấu trúc tinh thể của đá quý.

Tóm lại khi xác định đặc tính quang học của đá quý bằng phân cực kế cần phải chỉ rõ:

• Đá đẳng hướng quang học
• Đá dị hướng quang học
• Đá giả dị hướng
• Đá dạng tập hợp

Các phương pháp xác định đặc tính quang học

Đặc tính quang học (tính đẳng hướng dị hướng) của đá quý còn có thể xác định gián tiếp bằng một số kỹ thuật khác như:

• Sử dụng hiệu ứng nhân đôi
• Dùng khúc xạ kế
• Dùng hiệu ứng đa sắc

Chú ý: tất cả đá quý có hiệu ứng đa sắc hoặc có hiệu ứng nhân đôi đều thuộc nhóm dị hướng quang học. Trường hợp không quan sát thấy thì chưa đủ để kết luận là đá đẳng hướng mà phải dùng một số kỹ thuật khác nữa.