귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 18. 편광

18. 편광

 

(1) 편광의 정의
가시광선은 빛의 진행 방향에 수직인 모든 평면 내에서 진동한다. 그러나 한 방향 또
는 한 평면 내에서만 진동하는 빛으로 제한했을 경우 이 빛을 편광(偏光, polarization)
이라고 한다. 바꾸어 말하면, 일반광(백색광)은 무수히 많은 편광으로 구성되어 있다고
말할 수 있다.  

(2) 편광의 원리
 편광필터의 편광 방향이 동서 방향인 경우에는 동서 방향의 빛
만 편광필터를 통과할 수 있으며, 편광필터의 편광 방향이 남북 방향인 경우에는 남북 방향의 빛만 편광필터를 통과할 수 있게 된다. 빛이 먼저 편광 방향이 남북 방향인 필터를 통과한 후 다시 동서 방향인 두번째 필터
에 닿으면 빛은 통과하지 못하고 소광(消光)이 된다. 그 이유는 동서 방향의 필터는 동
서 방향으로 진행하는 빛만을 통과시킬 수 있기 때문이다. 남북 방향으로 진행하지 않 는 모든 빛은 첫번째 필터인 남북 방향의 편광 필터에 의해 이미 차단되었으므로 더 이 상 동서 방향을 통과한 빛은 존재하지 않는다.

편광이 동서 방향인 편광필터

편광이 남북 방향인 편광필터와동서 방향인 편광필터가 함께 존재하는 경우

위와 같이 소광이 일어나는 것은 두 진동 방향이 서로 완전한 직각인 경우이며, 이를 교
차 위치라 한다. 교차 위치가 아닌 다른 방향에서는 적은 양의 빛이라도 통과할 수 있다.

 

(3) 편광필터
빛을 편광시키기 위해서 편광필터(편광판)을 사용하는데 옛날에는 투어멀린 필터가
사용되었다. 그 뒤로 칼사이트로 만든 니콜 프리즘이 많이 사용되게 되었으며, 최근에
는 인공적으로 만든 폴라로이드 필터를 사용하고 있다.
폴라로이드 필터는 [그림 2-33, 34]와 같은 구조를 가진 편광판이 두 개 있으
며, 상부에 있는 편광판을 애널라이저(analyzer), 하부에 있는 편광판을 폴라라이저
(polarizer)라고 하며 회전이 가능하다.
편광기는 두 가지의 광원 위치가 있다. 전원을 넣은 후 하부 편광판을 고정시키고 상
부 편광판을 회전시키면서 위에서 관찰하면 아래의 사진처럼 밝아졌다 어두워졌다를 반
복한다. 이때 가장 밝은 위치를 라이트 포지션(light position [그림 2-33]), 완전히 어
두운 위치를 다크 포지션(dark position [그림 2-34])이라 한다.

라이트 포지션에서의 교차되지 않은 편광필터의 위치

 

다크 포지션에서의 교차된 편광필터의 위치

(4) 편광기
1) 편광기의 활용
편광기 검사를 하기 위해서는 편광기의 광원이 보석을 투과할 수 있을 정도인 투명
(TP)에서 반투명(TL)까지의 투명도를 보여야한다. 불투명하거나 불투명에 가까운 보석
들은 편광기 검사가 불가능하다.
편광기를 활용하여 보석의 광학 특성인 단굴절과 복굴절, 잠정질, 이상 복굴절을 결
정할 수 있으며, 간섭상을 이용해 광축(일축성, 이축성)을 구분할 수 있다.

편광기의 모식도

2) 편광기의 구조
① 광원
편광 검사에 필요한 광원인 백색광(일반광)을 편광기 내부에서 공급해 준다.

② 광구
편광기 내부에서 공급된 빛이 나오는 통로로서 보석의 굴절률과 다색성 검사에 필
요한 광원으로 사용된다.
③ 폴라라이저
하부에 있는 편광판으로 편광기 밑에 있는 광원에서 나오는 광원을 폴라라이저의
주(主)진동 방향과 나란히 진동하는 편광을 만들어 내는 역할을 한다.
④ 애널라이저
상부에 있는 편광판으로 폴라라이저와 동일한 편광판이지만, 회전이 가능하여 보석
을 검사할 때는 애널라이저를 돌려 하부 폴라라이저와 교차된 위치를 만들어 준다.
⑤ 전원 스위치
광원을 ON/OFF 하는 역할을 한다.
⑥ 스톤홀더 고정부
검사할 보석을 잡아주는 기구인 스톤홀더를 편광기에 고정시켜주는 장치이다.

편광검사 시 보조적으로 사용되는 확대 렌즈와 차폐판, 집광봉(集光棒, 유리봉)

3) 보조기구
① 확대 렌즈
보석의 크기가 너무 작거나 반응이 약한 경우, 편광기 상부의 애널라이저 위에 확
대경을 올리고 검사할 경우에 반응을 좀 더 명확하게 확인할 수 있다.

② 차폐판
검사한 보석이 만일 밝아졌다 어두워졌다 명멸을 보일 경우에 이상복굴절(ADR)
여부에 대해 확인검사가 요구되는데, 이때 보석 주위에 있는 빛을 차단시키고 보
석의 가장 밝은 부분을 쉽게 관찰하기 위하여 작은구멍이 뚫려 있는 불투명한 판
을 말한다.
③ 집광봉(유리봉이라고도 함)
복굴절하는 보석의 광학상을 찾는데 사용되는 끝이 동그란 유리 막대를 말한다.

4) 편광기의 용도
편광기를 이용하여 다음과 같은 보석의 광학적 특성을 얻을 수 있다.
① 광학 특징(단굴절, 이상 복굴절, 복굴절, 잠정질)의 결정
② 광학상(일축성, 이축성)의 검사
③ 다색성 검사
④ 쿼츠 웨지(quartz wedge)로 광학 부호의 결정

쿼츠 웨지(quartz wedge) - 분해된 광축상에 웨지를 삽입시켜 광축상의 컬러 링이 움직이는 방향에 따라 포지티브와 네거티브로 구분한다. 일축성 보석의 경 우 컬러링이 광축상 중앙에서 외부로 움직였을 때는 광학 부호가 포지티브이며, 컬러링이 내부로 움직였을 때는 네거티브이다. 그리고 이축성 보석의 경우 컬러 링이 광축 방향으로 움직였을 때는 포지티브이며, 컬러링이 광축과 반대 방향으 로 움직였을 때는 네거티브이다. 그러나 반대 방향으로 움직이면 반대해석의 결 과가 나오므로 유의해야 된다.