晶体光学 Crystal Optics Optical crystallography
晶体光学——精选推荐
晶体光学复习资料一、概念1.晶体光学：晶体光学是研究可见光通过透明晶体时所产生的一些光学现象及其原理的一门科学。
不同的透明矿物显示的光学性质不相同，据此可以鉴别透明矿物。
因此，晶体光学是研究、鉴定透明矿物及岩石的重要方法。
2.偏光作用在晶体光学中的应用：晶体光学研究中主要是应用偏光。
研究的主要仪器是偏光显微镜，其中装置有使自然光转变为偏光的偏光镜(起偏镜)。
偏光镜通常是根据选择吸收作用(偏光片)或双折射作用(尼科尔棱镜)产生偏光的原理制成的。
自然光通过偏光镜后即转变成振动方向固定的偏光。
3.均质体：根据光学性质不同，可以把透明物质划分为均质体和非均质体两大类。
等轴晶系矿物及非晶质物质的光学性质各个方向相同，称为光性均质体，简称均质体；如石榴石、萤石、火山玻璃及加拿大树胶等。
4.非均质体：根据光学性质不同，可以把透明物质划分为均质体和非均质体两大类。
中级晶族和低级晶族的矿物，其光学性质随方向而异，称为光性非均质体，简称非均质体，如石英、长石、橄榄石等。
绝大多数造岩矿物属于非均质体，是我们研究的重点。
5.光轴：实验证明，光波沿非均质体的特殊方向射入时不发生双折射，基本不改变入射光波的振动特点和振动方向。
非均质体中，这种不发生双折射的特殊方向称为光轴(optic axis)。
中级晶族晶体只有一个光轴方向，称为一轴晶；低级晶族晶体有两个光轴方向，称为二轴晶。
6.一轴晶光率体中概念：中级晶族晶体的水平结晶轴轴单位相等，即a＝b≠c。
水平方向上(垂直Z晶轴)的光学性质相同。
当光波的振动方向垂直Z晶轴时(即沿水平方向振动)，相应的折射率值相等，此为常光的折射率值，以符号“No ”表示。
当光波的振动方向平行Z晶轴时，相应的折射率值与No相差最大，为非常光的折射率值，以符号“Ne”表示。
光波的振动方向与Z晶轴斜交时，相应的折射率值递变于No与Ne之间，亦为非常光的折射率，以符号“Ne'”表示。
Ne'值的大小随光波振动方向与Z晶轴的夹角大小而变化。
第一章晶体光学基础
§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。
第3章 单偏光下的晶体光学性质
注意切片方位与矿物形态的几何关系
薄片为某一方向的切面，同一晶体由于切片方向的不同而呈不同 之形态。应综合观察同种矿物多个颗粒的切面形态，才能得出正 确之形态。
矿物的形态与其自形程度有关
矿物的自形程度——指 其生长形态与其结晶习 性的接近程度，这取决 于矿物晶体的结晶能力 与生长空间。
半自形 subhedral
电气石
黑电气石，NaFeAlSiO(B, OH) 三方晶系 ，一轴负晶， 光率体为 椭圆切面，两个主折射率Ne， No, 负光性，
Ne No
电气石的多色性(//C轴切片)
电气石的多色性(//C轴切片)
Ne P No P P No Ne No P P Ne P
Ne Ne No Ne Ne No No No No Ne
思考: If N<n(树胶1.54), 解理面还是暗色细缝吗?
矿物的解理看不见了
If N>n(树胶1.54),当解理面变缓 时,入射角i变小,达不到大于全反 射临界角的条件,则不发生全反射, 而发生两次折射,造成光线进入解 理面上方,不出现暗带,解理缝就 模糊看不清了!
重要结论: 某矿物即使发育有解理,但 在薄片中某些切面也有可 能看不见解理,故不能武断 地说这个切面没有解理,更 不能根据此切面推断该矿 物没有解理!要看多个不同 方向切面才能判断! 思考: 什么样的切面有可能看不见解理?
解理是指矿物晶体
在外力作用下，沿
一定方向裂成光滑 平面的性质。裂成 的光滑平面称解理 面。解理在岩石薄
片中表现为一些相
互平行的细缝，称 解理缝。
矿物的解理
矿物的解理在单偏光下表现形式:
-平行的暗色细缝!
你知道为什么是暗色的吗?
晶体光学及光性矿物学中英文对照表
晶体光学及光性矿物学中英文对照表第一章晶体光学基础原理光波Optical wave可见光Visible light单色光Homogeneous light白光White light自然光Natural light偏振光Polarized light平面偏振光Plane polarized light偏光化作用Polarization反射Reflection折射Refraction不透明矿物Opaque mineral薄片Thinned section透明矿物Transparent mineral折射率Refractive index全反射Total reflection光性均质体Optical isotropic substance光性非均质体Optical anisotropic substance双折射Double refraction双折射率Birefringence光轴Optic axis一轴晶Uniaxial crystal二轴晶Biaxial crystal常光Ordinary ray非常光Extraordinary ray主折射率Principal refraction index最大双折射率Maximum birefringence光性指示体Indicatrix光率体Optic indicatrix主轴Principal axis主轴面Principal section园切面Circular section光性符号Optical sign主截面Principal section主折射率Principal refractive index光轴面Optic axial plane光轴角Optic axial angle锐角等分线Acute bisectrix钝角等分线Obtuse bisectrix光轴角公式Optic angle equation光性方位Optic orientation色散Dispersion折射率色散Refractive index dispersion色散曲线Dispersion curve双折射率色散Birefringence dispersion光率体色散Indicatrix dispersion第二章透明造岩矿物及宝石晶体光学鉴定常用仪器孔径N*A numerical aperture尼康NIKON奥林珀斯OLYMPUS第三章透明造岩矿物及宝石在单偏光镜下的晶体光学性质边缘Edge贝克线Becke line糙面Rough surface突起Relief突起等级Relief grade闪突起Twinkling解理Cleavage解理纹Trace of cleavage临界角Critical angle极完全解理Eminent cleavage完全解理Perfect cleavage不完全解理Imperfect cleavage颜色Colour多色性Pleochroism吸收性Absorption多色性公式Pleochroic formula吸收性公式Absorption formula正吸收Positive absorption反吸收Negative absorption 第四章透明造岩矿物及宝石在正交偏光镜下的晶体光学性质消光Extinction全消光Complete extinction消光位Extinction position光程差Path difference石英楔quartz wedge干涉色Interference color色序Color sequence级序Gradation sequence补色法则Compensation principle消色Subtractive color补色器Compensator试板Accessory plate云母试板Mica plate石膏试板Gypsum plate贝瑞克Berek倾斜消色器Tilting compensator谢纳蒙特Senarment布雷斯-科勒Brece-Kohler中村试板Nakamura half-shadow plate 莱特目镜Wright eyepiece消光类型Types of extinction平行消光Parallel extinction斜消光Inclined extinction对称消光Symmetrical extinction消光角Extinction angle延性Elongation正延性Positive elongation负延性Negative elongation延性符号Sign of elongation双晶Twin双晶面Twin plane双晶纹Trace of twin plane简单双晶Simple twin复式双晶Combined twin聚片双晶Polysynthetic twin轮式双晶Cyclic twin格子双晶Tartan twinning第五章透明造岩矿物及宝石在锥偏光镜下的晶体光学性质干涉图Interference figure勃氏镜Bertrand lens黑十字Dark cross干涉色圈Interference color circles波向图Skiodrome闪图Flash figure瞬变干涉图Transient axial figure马拉德Mallard托比Tobi第六章透明造岩矿物及宝石的晶体光学系统鉴定。
《晶体光学》课件2
随着信息科学技术的快速发展，晶体光学与信息科学的交叉研究也越来越受到关注。例如，利用晶体光学原理，可以实现高速、高精度、高稳定性的光学信息处理和传输，为未来的通信和计算技术提供新的解决方案。
晶体光学在生物医学领域也有着广泛的应用前景。例如，利用晶体光学原理可以研究生物组织的结构和功能，为医学诊断和治疗提供新的手段。同时，晶体光学也可以用于药物研发和生物成像等领域，为生物医学研究提供新的工具和思路。
晶体光学在制造各种光学仪器中发挥着重要作用，如棱镜、透镜等。
晶体光学材料可作为激光介质，用于制造各种激光器。
在光纤通信领域，晶体材料可用于制造光波导等关键器件。
光学仪器制造
激光技术
通信技术
早在文艺复兴时期，科学家们就开始研究晶体的光学性质。
19世纪，费迪南德·布律内尔的研究为晶体光学的发展奠定了基础。
加强与其他学科领域的交叉融合，推动晶体光学在新型材料、光子器件、光电子学等领域的应用研究，促进相关领域的发展。
加强国际合作与交流，引进国外先进的理论和技术，提高我国晶体光学研究的整体水平。
谢谢您的聆听
THANKS
光学通信技术是现代通信领域的重要发展方向，而晶体光学在其中扮演着重要的角色。例如，利用晶体光学的原理可以实现光信号的调制、解调、滤波等功能，提高通信系统的传输速度和稳定性。
晶体光学理论为光学通信技术的发展提供了重要的理论支持，促进了通信技术的不断创新和进步。
生物医学成像技术是医学领域的重要应用，如常见的X射线、CT、MRI等技术，都需要利用晶体光学原理来实现图像的获取和解析。
晶体光学理论在生物医学成像技术的发展中发挥了重要作用，为医学诊断和治疗提供了更加准确和可靠的工具。
晶体光学的研究进展与未来展望
optical clarity 晶状体 光学净度
optical clarity 晶状体光学净度
光学净度是指透明材料对光的透过程度的度量，通常用于描述镜片、透镜等光学器件的质量。
光学净度越高，表示材料对光的衰减越少，光线透过材料时会更清晰。
晶状体是眼睛中的一部分，位于虹膜与视网膜之间，是负责聚焦光线的组织。
当晶状体出现问题时，会影响眼睛对光线的聚焦能力，导致视力模糊。
因此，光学净度和晶状体之间的关系是，光学净度高的透明材料可以使光线更清晰地穿过晶状体，从而提高眼睛对光的聚焦能力，保持良好的视力。
《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。
光学性质的光子晶体PhotonicCrystal
光学性质的光子晶体PhotonicCrystal美国科学家研发出了一种新方法，改变了半导体的三维结构，使其在保持电学特性的同时拥有了新的光学性质，并据此研制出了首块光学电学性能都很活跃的新型光子晶体(Photonic Crystal)，为以后研制出新式太阳能电池、激光器、超材料等打开了大门。
研究发表在最新一期《自然·材料学》杂志上。
光子晶体(Photonic Crystal)材料具有独特的物理结构，它能采用不同于传统光学材料和设备的特殊方式诱发非同寻常的现象并影响光子的行为，可广泛应用于激光器、太阳能设备、超材料等中。
之前由科学家们研制出的光子晶体(Photonic Crystal)只能得到用光学方法激活的设备，这些设备能引导光，但无法被电所激活，因此，其无法将电变成光或相反。
伊利诺斯大学材料科学和工程学教授保罗·布劳恩领导的科研团队研制出的最新光子晶体(Photonic Crystal)却兼具光学和电学性质。
该研究的参与者埃里克·尼尔森解释道，新光子晶体(Photonic Crystal)可以让光学和电学性能同时达到最优化，这就使人们能更好地控制光的散射、吸收以及增强。
为了制造出该三维光子晶体(Photonic Crystal)，科学家们先让一些细小的球簇拥在一起形成一块模板，接着，他们将一种广泛应用于半导体中的材料砷化镓(GaAs)沉积在模板上，让砷化镓通过模板填充球之间的缝隙。
砷化镓作为单个晶体开始从下往上生长，这个过程被称作外延生长技术，工业界一般使用该技术来制造平的、二维的单晶体半导体薄膜，但布劳恩团队却对这种技术进行了升级改造，用来制造错综复杂的三维结构。
这种自下而上的外延生长技术消除了制造三维光子结构普遍采用的自上而下构造方法可能导致的很多缺陷。
另一个好处是，它让制造出层层堆积而成的半导体异质结构变得更方便。
例如，可以通过先用砷化镓部分填充该模板，再用另一种材料填满，从而将一个量子势阱层引入光子晶体(Photonic Crystal)中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
POLARIZATION OF LIGHT
2、Selective Absorption
In optical mineralogy we need to produce light which vibrates in a single direction and we need to know the vibration direction of the light ray. The two requirements can be easily met but polarizing the light coming from the light source, by means of a polarizing filter.
2. Wave Normal - a line perpendicular to the wavefront, representing the direction the wave is moving.
3. Light Ray is the direction of propagation of the light energy.
➢Upon entering an anisotropic material, unpolarized light is split into two plane polarized rays whose vibratioin directions are perpendicular to each other, with each ray having about half the total light energy.
=> electromagnetic variations. Wave theory effectively describes the phenomena of polarization, reflection, refraction and interference, which form the basis for optical mineralogy.
This method is used to produce plane polarized light in microscopes, using polarized filters.
Some anisotropic materials have the ability to strongly absorb light vibrating in one direction and transmitting light vibrating at right angles more easily. The ability to selectively transmit and absorb light is termed pleochroism, seen in minerals such as tourmaline, biotite, hornblende, (most amphiboles), some pyroxenes.
§1-1 光学基础概念
二.自然光与偏振光
自然光是在垂直光波传播方向的平面内可以任意方向振动。
直接从光源发出的光均为自然光；自然光经反射、折射或通
过偏光片后成为只在一个固定方向振动的称为平面偏Байду номын сангаас光。
§1-1 光学基础概念 自然光及偏振光
★ POLARIZATION OF LIGHT
Light emanating from some source, sun, or a light bulb, vibrates in all directions at right angles to the direction of propagation and is unpolarized.
§1-1 光学基础概念
The light consists of electric and magnetic components which vibrate at right angles to the direction of propagation. In optical mineralogy only the electric component, referred to as the electric vector, is considered and is referred to as the vibration direction of the light ray.
The behaviour of light within minerals results from the interaction of the electric vector of the light ray with the electric character of the mineral, which is a reflection of the atoms and the chemical bonds within that minerals.
§1-1 光学基础概念
三、光的反射(Reflection)和折射(Refraction)
光线从一种介质射入到另一种时，在两 种介质的分界面上，将产生光的反射和 折射现象，例如水中的筷子的弯曲现象 就是光的折射造成的。
几个概念：传播介质 法线 光疏介质 光密介质
入射光线与入射角 折射光线与折射角
折射率 光在空气（真空）中的传播速度与在晶体中的
Three types of polarization ：Plane Polarization ， Circular Polarization，Elliptical Polarization
POLARIZATION OF LIGHT
In the petrographic microscope plane polarized light is used. For plane polarized light the electric vector of the light ray is allowed to vibrate in a single plane, producing a simple sine wave with a vibration direction lying in the plane of polarization - this is termed plane light or plane polarized light.
was the Nicol Prism. 4、Scattering
Polarization by scattering, not relevant to optical mineralogy, is responsible for the blue colour of the sky and the colours observed at sunset.
➢If anisotropic material is thick enough and strongly pleochroic, one ray is completely absorbed, the other ray passes through the material to emerge and retain its polarization.
一、光的本质
Two complimentary theories have been proposed to explain how light behaves and the form by which it travels.
Particle theory - release of a small amount of energy as a photon when an atom is excited. Wave theory - radiant energy travels as a wave from one point to another. Waves have electrical and magnetic properties
With an infinite number of waves travelling together from a light source, we now define:
1. Wave front - parallel surface connecting similaror equivalent points on adjacent waves.
的传播速度为V=3108m/s = 3105km/s。 电磁波的振动方向与传播方 向相互垂直，故光波亦是横 波。 整个电磁波是一个广阔的区 段。 可见光 单色光与白光
§1-1 光学基础概念
一、光的本质
Light——A form of energy which can be
transmitted from one place to another at finite velocity. Visible light，that which the eye detects, is a small portion of a continuous spectrum of radiation ranging from cosmic rays to radio waves. It is only a fraction of the complete spectrum - produced by shining white light through a glass prism.
二、意义
1、是地质学和无机材料科学的一门专业基础课； 2、是研究物质成分（包括宝石鉴定和材料科学研 究）的重要技术基础课；