1-2 晶体光学基础理论
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晶体光学基础
二轴晶光率体主要切面：
A、垂直光轴（ ⊥OA ）切面 为圆切面，半径为 Nm，不发生双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。 二轴晶有两个这样的切面。
填餐慨缄篷坪圭果盔诽娃驻口癣砧狮棵斟稀右蜀男靛递熄蔼坏讥眩抽蓟殃晶体光学基础晶体光学基础
B、平行（∥OA）光轴切面 为椭圆切面，长、短半径分别为 Ng和Np 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ng-Np，最大。 二轴晶只有一个这样的切面。
4. 光在晶体中的传播
固体
非晶质体（均质体）
晶体
均质体
非均质体
光性均质体与光性非均质体：
光性均质体：
凿蕴们冲料耍靖患凤掂尧武尝纶择直机忱履察阔堑孤奥陌楼堪眶植课滞凶晶体光学基础晶体光学基础
光性非均质体：
概念：光学性质随方向而改变物体，包括中级晶族和低级晶族矿物。 光传播特点：光通过非均质体物质时，除特殊方向外，要发生双折射现象，即分解为振动方向相互垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏光，两种偏光的折射率差称为双折射率。 非均质体折射率不只有一个。
一轴晶光率体主要切面：
A、垂直光轴（ ⊥OA ）切面 为圆切面，半径为 No 。 当光线沿C轴入射时，不发生双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。 一轴晶只有一个这样的切面。
欧勉抡遭磅氏丛躯蜀坎痘撮瑟贵拯资封托晴钮践研嘲撤庇荐江亢典猜激危晶体光学基础晶体光学基础
B、平行（∥OA）光轴切面 为椭圆切面，长、短半径分别为 Ne和No 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ne-No，最大。
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A、垂直光轴（ ⊥OA ）切面 为圆切面，半径为 Nm，不发生双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。 二轴晶有两个这样的切面。
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B、平行（∥OA）光轴切面 为椭圆切面，长、短半径分别为 Ng和Np 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ng-Np，最大。 二轴晶只有一个这样的切面。
4. 光在晶体中的传播
固体
非晶质体（均质体）
晶体
均质体
非均质体
光性均质体与光性非均质体：
光性均质体：
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光性非均质体：
概念：光学性质随方向而改变物体，包括中级晶族和低级晶族矿物。 光传播特点：光通过非均质体物质时，除特殊方向外，要发生双折射现象，即分解为振动方向相互垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏光，两种偏光的折射率差称为双折射率。 非均质体折射率不只有一个。
一轴晶光率体主要切面：
A、垂直光轴（ ⊥OA ）切面 为圆切面，半径为 No 。 当光线沿C轴入射时，不发生双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。 一轴晶只有一个这样的切面。
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B、平行（∥OA）光轴切面 为椭圆切面，长、短半径分别为 Ne和No 。 当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ne-No，最大。
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第一章晶体光学基础
2.晶体内部微观结构在任何部位都相同，只要光波 振动方向相同，折光率值一定相等。同一个晶体只 有一个光率体，在晶体的任何部位都能反映出来。
§5 光率体
一、均质体的光率体
光在均质体中传播时，无论振动方向如何，折 光率值相等。 图形特点：均质体光率体是以折光率值为半径的圆 球体（包括：等轴晶系矿物和玻璃质）。 均质体的光 率体的切面
Bxa“//”Ng，Ng=Bxa，Bxo一定“//”Np，即 Bxo= Np。相应的矿物叫二轴晶正光性矿物。
2.二轴晶负光性光率体（-）： 当Ng-Nm＜Nm-Np时，为负光性光率体。
Bxa=Np，Bxo=Ng。 相 应 的 矿 物 叫 二 轴 晶 负 光 性 矿物。
二 轴 晶 光 率 体
三、二轴晶光率体
微观结构不同，折光率值是透明鉴定矿物最可 靠的常数之一。
三、全反射及其临界角
1.全反射临界角 当光从光密介质射入光疏介
质，折射光线沿界面传播时相应 的入射角叫全反射临界角。
2、产生全反射的必要条件 ①从光疏介质射入光密介质。 ②入射角≥全反射临界角。
3、阿贝折光仪的制成原理 如果玻璃块上方介质为n，反射
1 nm=10 Å =10-3μ（微米） =10-6mm（毫米）
§2 自然光和偏光
根据光波的振动特点，把光可分为自然 光和偏光。 自然光：是指直接由光源发出的光，自然 光的光波振动方向在垂直于光波传播方向 的平面内，作任何方向的等振幅的振动。 偏光：自然光经过反射、折射、双折射或 选择性吸收等作用后，可以转变为只在一 个固定方向上振动的光波，称为偏振光或 偏光。
Vi/ Vγ= Sinⅰ/ Sinγ=N ……..…..③
当两种介质一定时，N值永远是一个常数， 我们把N称为折射介质对入射介质的相对折射 率，当入射介质是真空时，称N为绝对折射率 ，简称折射率或折光率。我们把③式为折射定 律。
§5 光率体
一、均质体的光率体
光在均质体中传播时，无论振动方向如何，折 光率值相等。 图形特点：均质体光率体是以折光率值为半径的圆 球体（包括：等轴晶系矿物和玻璃质）。 均质体的光 率体的切面
Bxa“//”Ng，Ng=Bxa，Bxo一定“//”Np，即 Bxo= Np。相应的矿物叫二轴晶正光性矿物。
2.二轴晶负光性光率体（-）： 当Ng-Nm＜Nm-Np时，为负光性光率体。
Bxa=Np，Bxo=Ng。 相 应 的 矿 物 叫 二 轴 晶 负 光 性 矿物。
二 轴 晶 光 率 体
三、二轴晶光率体
微观结构不同，折光率值是透明鉴定矿物最可 靠的常数之一。
三、全反射及其临界角
1.全反射临界角 当光从光密介质射入光疏介
质，折射光线沿界面传播时相应 的入射角叫全反射临界角。
2、产生全反射的必要条件 ①从光疏介质射入光密介质。 ②入射角≥全反射临界角。
3、阿贝折光仪的制成原理 如果玻璃块上方介质为n，反射
1 nm=10 Å =10-3μ（微米） =10-6mm（毫米）
§2 自然光和偏光
根据光波的振动特点，把光可分为自然 光和偏光。 自然光：是指直接由光源发出的光，自然 光的光波振动方向在垂直于光波传播方向 的平面内，作任何方向的等振幅的振动。 偏光：自然光经过反射、折射、双折射或 选择性吸收等作用后，可以转变为只在一 个固定方向上振动的光波，称为偏振光或 偏光。
Vi/ Vγ= Sinⅰ/ Sinγ=N ……..…..③
当两种介质一定时，N值永远是一个常数， 我们把N称为折射介质对入射介质的相对折射 率，当入射介质是真空时，称N为绝对折射率 ，简称折射率或折光率。我们把③式为折射定 律。
晶体光学一、二
4、光性正负 、 与一轴晶光性正负的确定有所不同，二轴晶光性正负取决于： 当Ng－Nm ＞Nm－Np （＋）。此时Nm 比较接近Np ，两个 圆切面靠近Np ，光轴则接近Ng 。所以Ng 为 Bxa 、Np 为 Bxo 。 当Ng－Nm ＜Nm－Np （－）。此时Ng为Bxo。Np为Bxa。
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无论光性如何， 无论光性如何， ⊥Bxa 切面的双折率总是小于 ⊥Bxo 切面上的 双折率。 双折率。 证明：（＋） Ng－Nm ＞ Nm－Np （⊥Bxo） （⊥Bxa） （－） Ng－Nm ＜ Nm－Np Bxa Bxo （⊥Bxa） （⊥Bxo） （5）斜交切面： 即不垂直主轴，也不垂直光轴。 a、半任意斜切面（垂直于一个主轴面的斜交切面），椭圆， 有一个半径为主轴。另一个为Ng’或Np’，比较重要的是⊥NgNp 面 （AP）的切面。含Nm。 b、任意斜交切面， 椭圆，半径为Ng’、Np’，双折率介于 O 与Ng－Np 之间。
2、一轴晶光率体的主要切面
岩矿鉴定中常 应用的是晶体不 同方向上的切面 （薄片切面）。 所以必须对光率 体几种主要切面 的形状和切面半 径所表示的折射 率值十分熟悉。
（1）⊥OA切面： 不发生双折射，不改变特点。 圆，半径为Ne ，一轴晶仅有一个。（过球心，⊥Z轴） （2）∥OA切面： 分解为两种偏光，平行两个半径。 椭圆：（＋）长半径为Ne，短No , （－）长半径为No，短Ne， 双折率为（Ne－No）,为最大双折率。 （3）斜交光轴切面（最常见） ：分解成两种偏光。 椭圆，（＋）长Ne＇，短No , （－）长No, 短Ne＇， 双折率为No与Ne＇之差，大小介于0与（Ne－No）之间。 小结：初步可知，应用光率体，可以确定光波在晶体中 的传播方向（波法线方向）、振动方向及相应折射率值之 间的关系。⊥OA方向的切面；圆，不发生双折射，非⊥OA 方向，双折射。椭圆，椭圆半径方向为振动方向。长度表 示n值，二者差为双折率。
《晶体光学》课件
晶体光学的基本原理
光的波动理论
光在晶体中传播时，由于晶体的特殊 结构，光的电场和磁场分量会受到不 同的影响，从而产生折射、反射、衍 射等现象。
光的量子理论
光与物质相互作用时，光子与晶体中 的电子相互作用，产生光电效应、光 磁效应等量子现象。
晶体光学的应用领域
光学仪器设计
激光技术
晶体光学原理被广泛应用于各种光学仪器 和设备的设计与制造，如眼镜、望远镜、 显微镜等。
《晶体光学》课件
目录
• 晶体光学概述 • 晶体光学基础知识 • 晶体光学现象 • 晶体光学实验技术 • 晶体光学发展前沿与展望
01
晶体光学概述
晶体光学的定义与重要性
01
晶体光学是一门研究晶体对光的 传播、折射、反射、衍射等特性 的学科，是光学领域的重要分支 。
02
晶体光学在科技、工业、医学等 领域具有广泛的应用，对于推动 科学技术进步和人类社会的发展 具有重要意义。
新型晶体材料在光学器件、激光器、传感器等领域有着广泛的应用，如利用拓 扑晶体制作新型光子器件，提高光子操控能力；利用钙钛矿晶体制作高效太阳 能电池，实现清洁能源的高效转化。
晶体光学与其他领域的交叉研究
晶体光学与量子信息
量子信息领域的发展为晶体光学提供 了新的研究思路和方法，如利用量子 纠缠和量子干涉等量子效应，实现更 高效的光子操控和信息传输。
光学显微镜
用于观察晶体光学现象和特征 ，是晶体光学实验的基本设备
。
偏光棱镜
用于产生偏振光，是晶体光学 实验中常用的光学元件。
干涉显微镜
用于观察干涉现象和测量晶体 光率体，是研究晶体光学性质
的重要工具。
其他附件
如光源、快门、滤色片等，用 于调节和控制实验中的光线。
晶体光学基础理论
光波在均质体中传播速度不因振动方向而变化
中级晶族和低级晶族的晶体光学性质随方 向而异，称为光性非均质体。
传播速度随振动方向不同而改变
晶体光学基础理论
• 双折射
光射入非均质体，一条光线分解成传播速 度不等，振动方向互相垂直的各自传播的 两条平面偏光，这种现象称为双折射。 光波入射光性非均质体中只有特定方向不 产生双折射，不发生双折射的特殊方向称 为光轴。
思考题
• 1 自然光与偏光有何区别？ • 2 什么叫双折射？ • 3 当自然光线射入均质体，发生折射后，该光 线还是自然光吗？自然光线射入非均质体，该 光线还是自然光吗,其光线的传播方向和振动 方向如何变化？ • 4 什么是光轴？ • 5 什么叫一轴晶和二轴晶？ • 6 发生双折射后的光的振动方向与传播方向的 关系如何？ • 7 Ne, No代表的是什么？ • 8 什么是一轴晶的正、负光率体？ • 9 当光线沿垂直于和平行于一轴晶光轴射入时， 其光率体切面如何？
振动面：偏振光的振动方向与传播方向构成的平面。
自然光
偏振光
晶体光学基础理论
• 光与固体物质的相互作用
一束光射到固体物质的表面，会产生光的 折射、反射和吸收的现象，其性能与光的 性能、入射方法及固体物质性质有关。 光从一种介质传播到另一种介质时，在两 种介质的分界面上，传播方向要发生改变， 产生反射或折射。 对于透明矿物的研究主要应用折射光，对 于不透明矿物的研究主要应用反射光。
双折射
均质体光率体
正、负光性光率体
二轴晶光率体
二轴晶正负光率体
二轴晶光率体的主要切面
二轴晶光率体的主要切面
二轴晶光率体的主要切面
从不同介质中实测而得出的抽象几何图形， 反映晶体光学性质中最本质的特征 三大类：均质体光率体、一轴晶光率体、 二轴晶光率体。
中级晶族和低级晶族的晶体光学性质随方 向而异，称为光性非均质体。
传播速度随振动方向不同而改变
晶体光学基础理论
• 双折射
光射入非均质体，一条光线分解成传播速 度不等，振动方向互相垂直的各自传播的 两条平面偏光，这种现象称为双折射。 光波入射光性非均质体中只有特定方向不 产生双折射，不发生双折射的特殊方向称 为光轴。
思考题
• 1 自然光与偏光有何区别？ • 2 什么叫双折射？ • 3 当自然光线射入均质体，发生折射后，该光 线还是自然光吗？自然光线射入非均质体，该 光线还是自然光吗,其光线的传播方向和振动 方向如何变化？ • 4 什么是光轴？ • 5 什么叫一轴晶和二轴晶？ • 6 发生双折射后的光的振动方向与传播方向的 关系如何？ • 7 Ne, No代表的是什么？ • 8 什么是一轴晶的正、负光率体？ • 9 当光线沿垂直于和平行于一轴晶光轴射入时， 其光率体切面如何？
振动面：偏振光的振动方向与传播方向构成的平面。
自然光
偏振光
晶体光学基础理论
• 光与固体物质的相互作用
一束光射到固体物质的表面，会产生光的 折射、反射和吸收的现象，其性能与光的 性能、入射方法及固体物质性质有关。 光从一种介质传播到另一种介质时，在两 种介质的分界面上，传播方向要发生改变， 产生反射或折射。 对于透明矿物的研究主要应用折射光，对 于不透明矿物的研究主要应用反射光。
双折射
均质体光率体
正、负光性光率体
二轴晶光率体
二轴晶正负光率体
二轴晶光率体的主要切面
二轴晶光率体的主要切面
二轴晶光率体的主要切面
从不同介质中实测而得出的抽象几何图形， 反映晶体光学性质中最本质的特征 三大类：均质体光率体、一轴晶光率体、 二轴晶光率体。
晶体光学基础
第三节 光率体
6. 二轴晶光率体 6.4 主要切面类型及特征
(1)垂直光轴切面 （OA） (2) 平行光轴面切面（//AP） (3) 垂直Bxa切面：（+）NmNp面 （－）NgNm面 (4) 垂直Bxo切面：（+）NgNm面 （－）NmNp面
(5) 斜交切面：Ng’Np’面
各个切面特征见图示
⊥OA切面
光 轴
光波沿非均质体的特殊方向入射时，不发生双折射， 这种特殊的方向称为光轴。 中级晶族具有一个这样的特殊方向，称为一轴晶矿 物；低级晶族具有两个这样的特殊方向，称为二轴 晶矿物。
第三节 光率体
1. 光率体的由来
晶体光学中的许多现象都与光波的振动方向与相应折射率值有 关，为了更好地反映光波的振动方向与相应折射率值之间的关 系，引入了物理学中的光率体的概念。
第一节 光的基本性质
• • 光(波)具有“波粒”两相性 晶体光学主要利用的是光的波动理论. 光(波)是一种电磁波 电磁波谱中频率较高,波长范围较短(390—770nm)的 一个区段,由波长不同的七色光组成. 光(波)是一种横波 光的传播方向与振动方向互相垂直。晶体中许多光 学现象都与光波是横波这一特征有关.
第三节 光率体
6. 二轴晶光率体 6.1 推导（略）
a=Ng c=Nm
a=Ng
Ng（a）
1.715
1.680
1.715
c
b=Np 1.651
a
b=Np
1.651 1.680
b
c=Nm Nm（c）
Np （ b）
⊥c
⊥a
⊥b
第三节 光率体
6. 二轴晶光率体 6.2 主要特征（要素）
(1) 三轴不等的椭球体。 (2) 三个光学主轴（Ng、Nm、Np轴）。 (3) Ng、Nm、Np（三个主折射率且 Ng ＞ Nm ＞ Np）。 (4) 三个主轴面(彼此之间互相垂直)。 (5) 两根光轴(OA)。
晶体光学基础理论
五、光率体在晶体中的位置——光性方位 光率体的主轴与结晶轴及（晶面、晶棱）之间的关系称 为光性方位。不同晶体的光性方位不同，而同一种晶体的 光性方位基本固定，故确定光性方位可以帮助鉴定晶体。 均质体光率体任意方向切面都有是圆切面，也就有无数 光轴，就不存在光学主轴与晶轴、晶面等关系，即不存在 光性方位问题。 1、一轴晶光率体在晶体中的位置 三方、四方和六方晶系晶体的光率体均属于一轴晶光率 体，一轴晶光率体为旋转椭球体，其旋转轴（光轴Ne）与 结晶轴（C轴）相当，它与晶系的高次对称轴平行（重 合）。
2、一轴晶光率体
四方、三方、六方晶系的中 级晶族晶体的水平结晶轴单位 相等，而与高次对称轴（C轴） 方向不等，a=b≠c。因此其水 平方向上的光学性质相同（N 相同），而与C轴不同，所以 一轴晶光率体是以C轴为旋转 轴的旋转椭球体。沿C轴（Ne） 方向入射光不发生双折射，C 轴称光轴，因只有一个方向这 样轴故称一轴晶，Ne、No称 光学主轴。
折射率为1.003与真空相当。所
以通常把空气的折射率当作1， 实际测定时都是与空气相比的。 光的折射
如果把光在空气中的速度定为 v 0 ，在某介质中的速度定为v 1 ， 则该介质的折射率定为
任何一种物质，折射率都与速度成反比。即传播速度 越快
（大）折射率越小；传播速度越慢折射率越大。当光从折射率 n小的介质（光疏介质）进入折射N大的介质（光密介质），由 于
三、光性均质体与光性非均质体
各种固体物质根据其光学性质可分为光性均质体和光性 非均质体两大类。
光性均质体是指光波在其中传播时，其传播速度不因振 动方向不同而发生改变的一类物质，即只有一个折射率。 光波入射光性均质体发生单折射现象，基本上不改变入射 光波的振动特点和振动方向的，如石盐，各个方向的折射 率均为1.544。当把石盐磨成薄片放在物台上，从下偏光上 来的光线向射入石盐晶体薄片后，不改变其振动方向，仍 按下偏光振动方向向上传播，而透不过上偏光镜，在正交 偏光系统下，看起来是黑的，转动物台一周都不变化。光 性均质体，简称均质体，属于这一类的有等轴晶系晶体和 非晶质的固体（如树胶、玻璃等）。
02晶体光学基础(二)PPT课件
把这三个椭圆切面，按照它们的空间位置联系起来， 便构成了镁橄榄石的光率体。它是一个三轴不等的椭球体， 即三轴椭球体。
5
从镁橄榄石三个主要方向切面上测定的折射 率值可以看出，它具有大(1.715)、中(1.6、Z、Y晶轴。实验证明，其它低 级晶族矿物(二轴晶)都具有大(Ng)、中(Nm)、小 (NP)三个主折射率值，它们分别与互相垂直的三 个振动方向相当。但Ng、Nm、Np的大小及与它们 相当的互相垂直的三个振动方向在晶体中的位置， 与镁橄揽石不相同。因此，低级晶族晶体的光率 体都是三轴椭球体。
8
在光率体的另一侧， 通过Nm轴，同样可以截 出另一个圆切面 。光 波垂直这两个圆切面入 射时，不发生双折射， 基本不改变入射光波的 振动特点及振动方向， 因而这两个方向为光轴 (optic axis)，以符号 “0A”表示 。
9
通过二轴晶光率体中心，只能截 出两个圆切面，即只有两个光轴方向， 故称二轴晶。包括两个光轴的面称光 轴面(optic axial plan)，以符号 “Ap”表示。光轴面与主轴面NgNp面 一致。通过光率体中心，垂直光轴面 的方向称光学法线(optic normal)， 与Nm轴一致。两个光轴之间的锐角称 光轴角(optic axial angle)，以符号 “2V”表示。两个光轴之间锐角的平 分线称锐角等分线(acute bisectrix)， 以符号“Bxa”表示。两个光轴之间钝 角的平分线称钝角等分线(obtuse bisectrix)，以符号“Bxo”表示。
3
当光波沿镁橄榄石X晶 轴方向射入晶体时，发生 双折射，分解形成两种偏 光。其一振动方向平行Y晶 轴、测得相应的折射率值 等于1.651；另一种偏光的 振动方向平行Z晶轴，测得 相应的折射率值等于1.680。 按同样的方法构成垂直入 射光波(垂直X晶轴)的椭圆 切面。
5
从镁橄榄石三个主要方向切面上测定的折射 率值可以看出，它具有大(1.715)、中(1.6、Z、Y晶轴。实验证明，其它低 级晶族矿物(二轴晶)都具有大(Ng)、中(Nm)、小 (NP)三个主折射率值，它们分别与互相垂直的三 个振动方向相当。但Ng、Nm、Np的大小及与它们 相当的互相垂直的三个振动方向在晶体中的位置， 与镁橄揽石不相同。因此，低级晶族晶体的光率 体都是三轴椭球体。
8
在光率体的另一侧， 通过Nm轴，同样可以截 出另一个圆切面 。光 波垂直这两个圆切面入 射时，不发生双折射， 基本不改变入射光波的 振动特点及振动方向， 因而这两个方向为光轴 (optic axis)，以符号 “0A”表示 。
9
通过二轴晶光率体中心，只能截 出两个圆切面，即只有两个光轴方向， 故称二轴晶。包括两个光轴的面称光 轴面(optic axial plan)，以符号 “Ap”表示。光轴面与主轴面NgNp面 一致。通过光率体中心，垂直光轴面 的方向称光学法线(optic normal)， 与Nm轴一致。两个光轴之间的锐角称 光轴角(optic axial angle)，以符号 “2V”表示。两个光轴之间锐角的平 分线称锐角等分线(acute bisectrix)， 以符号“Bxa”表示。两个光轴之间钝 角的平分线称钝角等分线(obtuse bisectrix)，以符号“Bxo”表示。
3
当光波沿镁橄榄石X晶 轴方向射入晶体时，发生 双折射，分解形成两种偏 光。其一振动方向平行Y晶 轴、测得相应的折射率值 等于1.651；另一种偏光的 振动方向平行Z晶轴，测得 相应的折射率值等于1.680。 按同样的方法构成垂直入 射光波(垂直X晶轴)的椭圆 切面。
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相关说明：
（1）o 光与e 光均为偏振光，二者常具有不同的传
播方向和传播速度，折射率也不相同。二者之间的差
为双折率。
（2）传播方向：o 光始终在入射面（晶面法线与入射
线所决定的平面）内传播，且在介质中的传播速度不受
传播方向的影响；e 光一般不在入射面内，传播速度 随振动方向变化，因此最大的Ne才有鉴定意义。
光轴
类玻璃质：玻璃、水、空气、树胶…… 晶 单折射 (一个折射率)自然光 体 等轴晶系：石榴石、萤石、尖晶石…… 光 进自然光出，偏振光进偏振光出 学 六方晶系：磷灰石、霞石…… 研 一轴晶: (2个主折射率) 四方晶系：锆石、方柱石…… 究 的 三方晶系：石英、方解石…… 对 非均质体: 象 斜方晶系：橄榄石、紫苏辉石……
常光：遵循折射定律（No=Sin I /Sinr） 非常光：不遵循折射定律，可用惠更斯作图法 求出其传播方向
惠更斯原理(作图法)解释
A
C
B
C
A
B
D
光轴
E
o
e
光轴 o
e
惠更斯原理：媒质中任一波阵面上的各点，都是发射子波的新 波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波阵面
A
B
A
B
光轴 o e
均质体:
光从非光轴方向入射， 二轴晶: 产生双折射，分解成振 (3个主折射率) 单斜晶系：普通角闪石、透长石…… 动方向互相垂直的两束 三斜晶系：斜长石、硅灰石…… 偏振光。
第2讲 晶体光学基础原理.下
二、晶体光率体（重要！）
光率体：表示光波在晶体中传播时，折射率值随光波振 动方向而变化规律的一种光性指示体。 （是光的振动方 向，不是传播方向！）
注意：光波在非均质体中传播时，决定光波传播速度
及折射率大小的是光波在晶体中的振动方向，而不是
传播方向.
思考： 所有介质的折射率总是 > 1，为什么？
垂直入射的光线如何折射？
4、光的全反射和全反射临界角
Ni>Nr 折射定律： N = Vi / Vr 密 疏 Nr Φ为全反射临界角 = Sini / Sinr = Nr / Ni
Φ
Ni
Sinr = Sini/ N
若Sini=N,则r =90
*光波由光密物质进入光疏物质，当入射角增大 到某一临界角Φ时，会产生全反射，据此原理， 在已知Ni时，测出Φ值就能测出Nr.
5、双折射和双折射率
双折射现象的发现：冰洲石下的双像
1669年的一天，丹麦科学家巴塞林那斯(E.Bartholinus)无 意中发现：透过冰洲石的书每个字都变成了两个。
尼科耳棱镜
把方解石（ne=1.468，no=1.658)按长度为宽度的 2.8倍的比例磨制，后沿晶体上某个面将晶体剖 成两半，再以n=1.550的加拿大树胶粘合成原来 形状。 光轴
90 48 68
加拿大树胶
续上 尼科耳棱镜工作原理
方解石主截面 将 71 修磨成 68 71 68
被涂黑的器壁吸收 B
与结晶轴C轴一致
Ne No
平行于结晶轴C轴方向入射
的光波,在垂直于C轴的平面内
振动，折射率为No，不产生双 折射。因此C轴与光轴一致。 垂直于C轴入射的光波，将 解为平行和垂直于C轴振动的两 种偏光，前者折射率为Ne，后 者为No。
光性正负的区分
Ne>No,正光性光率体，如石英 Ne<No,负光性光率体 如方解石
双折射：
光透过多数矿物（哪些例外？），分解为2束（O、e） 折射率、波速、传播方向不同、偏振光 O光振动方向⊥主平面，e光振动方向∥主平面 双折率：abs(No－Ne)
主截面、主平面、入射面、主轴面
光的主平面：晶体中的光线与光轴所形成的平面 晶体主截面：由光轴和晶体表面的法线所组成的平面 入射面：晶面法线与入射线所决定的平面 主轴面（主切面）：包含2个主轴的切面
9 一轴晶干涉图 10-11 二轴晶干涉图
12-13 系统鉴定实习
每次课2学时
晶体光学:研究可见光通过透明矿物晶体时的一
些光学现象及其变化规律的学科。
研究目的：根据光学特征鉴定矿物种属、鉴定
宝石。
鉴定矿物种属有没有其它方法？ 彼此之间在原理上有哪些差异？
鉴定矿物的其他方法:
形态、力学性质（如解理、裂开）、密度、磁性
No Ne （+） （-）
Ne No
斜交光轴的切面：半径为Ne’、No的椭圆切 面，可测No的折射率和颜色，当斜交角较小时， 可用来确定光性符号
No Ne’
注意:
一轴晶的光率体所有切面上都有No
连连看！
No No Ne Ne No
No Ne’
Ne‘ No
垂直OA切面 平行OA切面 斜交OA切面
光性均质体/光性非均质体（是否发生双折射）
主截面：光轴和晶体表 面法线组成的平面
法线
主平面：某一光线(o 光或e光)与光轴组成的 平面 光轴
e光
o光
法线
主截面
o光主平面
e光主平面
o光
e光
光轴
光轴
光轴
一般情况下，e光不一定在入射面内，o光和e光
的主平面并不重合
双折射与光传播方向改变的问题
紫外 390 紫 兰 绿 570 黄 590 650 770 430 500
橙
红 红外
人 眼 最 为 敏 感 的 光 是 黄 绿 光 ， 即
555 nm
波长（nm）
波长nm
可见光在电磁波谱中的位置
附 近
自然光:在垂直光波传播方向的平面内，各个方向 上都有等振幅振动的光波
偏光:仅在垂直光波传播方向的某一个固定方向上 振动的光波
正光性
负光性
3.二轴晶光率体
光率体形态： 三轴（半径）不等的椭球体， 三个椭圆半径分别为Ng、Nm、 Np。 Ng > Nm > Np
Ng>Nm>Np Z
X Y
光率体要素：
三个主折射率： Ng(>Ng’>)Nm(>Np’>)Np
Ng
两个光轴（OA）
光轴角（2V角）：两光轴 锐角夹角 Bxa：两光轴锐角平分线, 可是Ng,也可是Np；Bxo：钝角 平分线 光轴面（AP）：包含两个 光轴的切面
不发生双折射
思考：是否会发生折射（传播
方向改变） ？
光性非均质体
光学性质因方向而异的矿物，即除等轴晶系 以外的所有其它晶系的矿物
传播速度、折射率随光波的振动方 向而变。
有一个或者两个光轴，一轴晶和二
轴晶(中、低级晶族) 除特殊方向外均要发生双折射，分
解成两个振动方向不同、传播速度不同、
颜色（主要是吸收色）、粉末色（条痕色）、反光强
度、荧光效应等 化学成分。。。
晶体光学：强调可见光 光线在穿过透明矿物之后
产生的光学效应，借助光
学效应之间的差别来鉴别
矿物种属。
第1讲 晶体光学基础原理.上
一、光学基础知识
光的波动性
可见光、单色光与白光、自然光与偏光
光的折射与折射率
双折射和双折射率
光率体不是实际的物体，而是抽 象的立体模型，用来解释晶体中 光学现象的简单直观的假想的指 示体 半径的长度表示N的大小 光率体示意图
1.均质体光率体
不同方向振动的光波折射
率相等，故为一圆球体 任何切面都是圆切面
N
N N
N
圆切面的半径＝N 只有一个折射率值N
2.一轴晶光率体
形态：旋转椭球体，旋转轴
透明造岩矿物的镜下鉴定
14 石英、方解石、玉髓等 15-17 长石族 18 角闪石族 19-20 辉石族 21 橄榄石及其蚀变矿物 22 云母族 23-24 未知鉴定 (考试)
2 晶形、颜色、多色性、解理
3-4 边缘、糙面、突起、闪突起 5-6 消光，补色法则，干涉色级序
7-8 消光类型，消光角，延性
光率体要素： 有No和Ne两个主折射率，
或光率体椭球半径，介于之 间者为Ne’
No Ne’ Ne
abs(Ne–No)为最大双折射 率
有一OA切面：半径为No的
圆切面，可测定No的颜色和折
射率，轴性及光符
No No
平行OA的切面：半径为Ne、No的椭圆切面，因 含光轴，又称光轴面（OP），可测Ne、No的折射 率和颜色，矿物的最大双折射率
偏光化作用(Polarization)：使自然光转变为偏光的 作用。 反射、折射、双折射、选择性吸收可使自然光转变为 偏振光。
3、光的折射与折射率
生活中的光折射
折射定律（Snell定律）： N = Vi / Vr = Sini / Sinr.
i
i
Ni
r Ni<Nr Nr r Ni>Nr
Ni
光的全反射和全反射临界角 光性均质体与光性非均质体
光是一种电磁波
（横波）
微粒学说 波动学说 波粒二象性
电分量 H
E
H
E
H
E
H
磁分量
电磁波 :交变电磁状态的传播
1、光的波动性
电磁波是一种横波，因此光也是横波：振动方 向与传播方向相互垂直 光波具有一切电磁波属性：反射、折射、干涉、 偏振、色散、衍射特征。 光是一种高频波（波长小），可以在固、液、 气相多种媒质中传播。
分光作用。
渥拉斯顿棱镜工作原理
D
O O
C
光疏→光密
• ••
A 方解石
• •e
•e
光密→光疏
B
ne 1.4864 no 1.6584