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보석의 임계각에 따른 휘광성 및 굴절계를 이용한 굴절률 측정 이론에 관한 연구
A study on the brilliance by critical angle of gem and measurement theory of refractive index using refractometer 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.21 no.3, 2011년, pp.105 - 109  

문소이 (동선대학교 보석귀금속학과) ,  석정원 (동선대학교 보석귀금속학과)

초록
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수정(quartz)과 다이아몬드(diamond)의 임계각을 $sin{\theta}=r_2/r_1$(r = 굴절률, $r_1$ > $r_2$)의 식에 의해 계산한 결과 수정(R.I. ${\fallingdotseq}$ 1.553)은 $40.09^{\circ}$, 다이아몬드(R.I. = 2.417)는 $24.26^{\circ}$로 계산되었다. 계산된 임계각에 따른 각각의 보석 내부의 빛의 경로를 고찰한 결과 수정과 다이아몬드의 휘광성은 각각 20.33%와 55.07%였다. 임계각과 관련된 이론을 팬시 형 브릴리언트 컷으로 연마된 보석내부에서의 빛의 경로에 적용시킴으로써 보타이(bow-tie) 현상의 원인을 규명하였다. 또한 수정과 커런덤을 굴절계로 굴절률 측정 시 헤미실린더에서의 임계각을 계산한 결과 각각 $59.1^{\circ}$와 $77.9^{\circ}$로 계산되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Critical angle of quartz (R.I. ${\fallingdotseq}$ 1.553) and diamond (R.I. = 2.417) are $40.09^{\circ}$ and $24.26^{\circ}$ that calculated by $sin{\theta}=r_2/r_1$ (r = refractive index, $r_1$ > $r_2$). Brilliance of quartz and diamo...

주제어

#Critical angle   #Brilliance   #Bow-tie   #Refractometer   #Quartz   #Diamond   #Corundum  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • )과 이에 따른 1 및 2차 누광량, 누광량에 따른 내부전반사량을 정량적으로 계산하여 굴절률과 내부전반사의 관계를 고찰하여 굴절률에 따라 휘광성이 서로 다르게 나타나는 원인을 수정(quartz)과 다이아몬드(diamond)를 비교하여 규명하고자 하였다. 규명된 이론을 팬시 형(fancy shapes)에 적용시켜 장축과 단축 방향에서 빛의 경로 및 내부전반사량을 고찰함으로써 보타이(bow-tie) 현상의 원인을 규명하고자 하였다. 또한 굴절계에서 서로 다른 굴절률을 가진 보석광물의 굴절률을 측정 시 헤미실린더(hemicylinder) 내부에서의 임계각과 계산된 임계각의 차이에 따른 헤미실린더 내부의 광학적 경로를 계산함으로써 굴절계에서의 굴절률 측정 원리를 명확히 규명하고자 하였으며, 대표적으로 수정과 커런덤(corundum)을 비교 분석하였다.
  • 본 연구에서는 보석의 굴절률에 따른 임계각을 계산하고, 보석내부에서 서로 다른 임계각에 따른 빛의 경로를 고찰함으로써 내부전반사 된 빛의 양을 정량적으로 계산하였다. 대표적으로 수정과 다이아몬드에서 브릴리언시되는 빛의 양을 계산하였으며, 수정과 다이아몬드의 브릴리언시 양은 각각 20.

가설 설정

  • Fig. 3(b)는 (a)를 우측면에서 본(1st view point) 형태의 단면도로서 다이아몬드일 때를 가정한 것이다. 이 비율은 장축의 양쪽끝 부분에 최대한 브릴리언시가 나타날 수 있는 비율(거들 직경을 100 %로 가정했을 때 퍼빌리언 깊이를 43.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
임계각은 무엇인가? 굴절계는 현재 미국, 영국 및 일본 등에서 생산되며, 외형은 다소 다르지만 그 측정원리는 모두 임계각(critical angle)[4, 5]에 따른 내부전반사(total internal reflection)[6, 7] 원리를 응용하고 있다. 임계각은 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 빛이 입사할 때 전반사가 일어나기 시작하는 입사각으로 정의 되며, sinθ = r2/r1(r: 굴절률, r1> r2)의 공식에 의해 계산될 수 있다. 즉, r1 및 r2의 굴절률을 알면 임계각인 θ값을, 또는 θ값을 알면 r1= 1이므로 보석광물의 굴절률을 이론적으로 계산할 수 있다.
유색보석감별에 사용되는 기구에는 무엇이 있는가? 일반적으로 유색보석감별에 사용되는 기구는 굴절계(refractometer)를 비롯해, 현미경(microscope), 편광기(polariscope), 분광기(spectroscope), 자외선형광기(ultraviolet fluorescence), 이색경(dichroscope) 및 첼시컬러필터(chelsea color filter) 등이 있다[1]. 이 기구들 대부분은 각 보석 광물이 가지는 고유한 광학적 특성들을 분석하는 것이며, 그 중에서 필수 검사 항목은 굴절계를 이용한 굴절률(refractive index)[2, 3] 측정이라 할 수 있다.
보타이 현상이 나타나는 원인과 관련있는것은 무엇인가? 3(a)의 오벌(oval) 형 브릴리언트 컷으로 연마된 형태에서와 같이 중앙부분에서 나비넥타이(bow-tie) 모양의 어두운 부분을 볼 수 있다. 이 현상은 오벌형 뿐만 아니라 마퀴즈(marquise), 페어(pear), 하트(heart) 형 브릴리언트 컷 등과 같은 팬시 형(fancy shapes)에서 주로 나타나며, 그 원인은 거들 직경 대비 퍼빌리언 깊이에 따른 빛의 2차 누광과 관련이 있다. Fig.
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참고문헌 (9)

  1. G.W. Jeong, "A Study on the hemicylinder of the gem discrimination refractometer $La_{2}O_{3}$ system high refraction glass" (Dongshin Univ., Naju, 2007) 2. 

  2. M.E. Thomas, S.K. Andersson, R.M. Sova and R.I. Joseph, "Frequency and temperature dependence of the refractive index of sapphire", Infrared Physics & Technology 39 (1998) 245. 

  3. T.H. Kim and A.Y. Sung, "Study on the ophthalmic lens materials with high refractive index containing vinylanisole", J. Korean Chemical Society 54 (2010) 757. 

  4. S.J. Bae and U. Kang, "Fluorescece microscope using total internal reflection for measuring biochip", Trans. KIEE 56 (2007) 1695. 

  5. K.W. Lee, I.P. Hong, Y.C. Chung and J.G. Yook, "A study on critical angle of metamaterial with drude model", J. Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science 19 (2008) 1022. 

  6. H.H. Lim, M.S. Kwon, H.J. Choi, B.J. Kim and M. Cha, "Measurement of refractive index of solid medium by critical angle method when air gap is present", J. Optical Society and Korea 12 (2008) 210. 

    원문보기 상세보기 crossref

  7. G.M. Hagen, D.A. Roess and B.G. Barisas, "Fluorescence photobleaching recovery using total internal reXection interference fringes", Analytical Biochemistry 356 (2006) 34. 

  8. W.S. Kim, Y.M. Yu and H.S. Shin, "Optimum conditions for growing gem-quality colorless cubic zirconia", J. Miner. Soc. Korea 14 (2001) 99. 

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  9. D.W. Choi and J.K. Choi, "A study on the fabrication methods of rough diamond according to their shapes (sawing)", J. Korea Crystal Growth and Crystal Technology 12 (2002) 317. 

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