金刚石的光学性质   (optical  properties  of  diamond)

金刚石的色散和折射率。金刚石具有高度的色散——0.062，即它的折射率强烈地随入射光波波长而改变。如入射光波波长λ=0．5461nm的H_g绿光，它的折射波长λ=2.4237；又入射光波波长λ=0.6563nm的He红光，它的折射率n=2.4099；对于入射光波波长λ=0.2265nm的紫外线，它的折射率n=2.7151。各种波长下金刚石的折射率如表1，此表来源于不同文献上的数据。

金刚石与其他几种材料的折射率和色散值的对比如表2。

具有理想晶面的晶体的光泽强度由它的反射比R来决定。。对于钠光的折射率数值n=2.417代入计算，那么金刚石的反射比值R=0.172。这意味着，落到金刚石上的所有光线中，只有17.2％的光从它的晶面上反射掉。

晶体表面特征对光泽有很大的影响。晶面完好而光滑的金刚石晶体有强烈的光泽。侵蚀或腐蚀而形成的蚀象可以改变晶体表面的光泽强度和特征。当有强烈地腐蚀时，晶面会严重损坏，以致晶体表面变得暗淡无光泽。

金刚石晶体作为等轴晶系的物质，在光学上应该是各向同性的，但是它们中总是显示出双折射。

研究金刚石时，对它的异常双折射应引起注意。在按一定取向锯下的薄片及完整的晶体上进行异常双折射现象的研究，这样可以看到所有各部分的一般双折射图案。综合各种资料，可以得出结论：金刚石晶体中的异常双折射是由起因不同的内应力引起的。晶体内部构造的不同、晶体中的位错、包裹体以及与塑性变形和机械冲击有关的各种类型的缺陷分布不同，造成了各种各样的双折射花纹。这些双折射花纹包括：反映晶体的带状结构的条带状双折射花纹；与滑移面有关的条带状双折射花纹；与生长位错有关的放射状和多边形双折射花纹；由于杂质分布不均匀引起的星状双折射花纹；反映亚微观包裹体在晶体各部分分布情况的十字形双折射花纹；由体积应力引起的等倾线形式的双折射花纹；在正交偏光镜下，在某些金刚石内观察到八面体形状、浑圆状、椭球状和不规则形状的模糊“幻想”形式的双折射花纹；由晶外的矿物包裹体引起的双折射花纹；与冲击形状有关的双折射花纹以及Ⅱ型金刚石中的双折射花纹。

根据光吸收性质和其他物性的不同，可将金刚石分为若干类型。l934年罗伯逊(R．Robertson)、福克斯(J．J．Fox)和马丁(A．E．Martin)首先根据光学等性质，将金刚石分为型和型。前者(型)是具有含氮量较高(约为0.01％～0.25％)，且是N₂和偏析形式的氮的金刚石晶体，对于波长小于320～300nm的紫外线是不透明的，它们划分为型金刚石，且称为“富氮”金刚石。氮含量很少(小于0.001％)的金刚石在波长225～230nm之间是透明的，这些金刚石属于型。l955年卡斯特斯(J．F．H．Custers)又根据电性质不同，将型金刚石分为两个亚型，即型和型；l965年戴尔(H．B．Dyer)、拉尔(F．A．Raal)、杜普莱兹(L．dupreez)和劳伯塞(J．H．N．LoubSer)发现少数天然I型金刚石的光吸收性质与一般的天然工型金刚石不同，于是他们提出将前者称为型、后者称为型。研究表明，人造金刚石从光学性质来讲，应归属型。l972年克留叶夫(10．A．K：Ⅱ0eB)等报道了Ⅲ型金刚石的存在。这种金刚石的光学性质是在含有较多量氮杂质(约达0.01％)，而且是以双原子缔合或片状偏析形式的氮杂质存在金刚石晶体中，紫外线连续吸收范围为300～225nm，它的位置由氮的浓度决定，当这些形式的氮含量增加时，吸收范围向长波区域移动。这种金刚石属于中间形式，有时称为混合型金刚石。

型金刚石和型金刚石对紫外线和红外线的吸收程度是不同的，理想的金刚石是典型的均质晶体，在红外吸收光谱中应该只在3～6μm区域内观察到吸收，它是由金刚石晶格中碳原子的热振动引起的。实际的金刚石晶体在红外区的吸收光谱除晶格吸收外，还有由各种杂质缺陷引起的、复杂的光谱特征。