第五章晶体光学基础
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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。
碴旭憾浆狼鹅移柯吴努具侩旭夫撩塘团胺炳垛屁儡岂煤它搔踞捌浚逼蔽衰晶体光学基础晶体光学基础
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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晶体光学基础理论
成绩评定
1．实验课，实验报告 20％
2．未知鉴定
20％
3．闭卷考试
60％
第一讲 晶体光学基础知识
晶体光学主要是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，由于不同的晶体其光学性质不同（光学各向 异性），从而可以通过 其不同的光学特征鉴定矿物
本讲主要内容
●光学基本知识 ●光率体 ●光性方位 ●色散
二轴晶光率体正光性：Bxa = Ng ( Bxo = Np ) 光轴角 2 V < 90度 二轴晶光率体负光性：Bxo = Ng ( Bxa = Ng ) 光轴角 2 V > 90度
偏光显微镜技术
二轴晶光率体的切面类型
A. 垂直OA的切面 B. 平行OAP的切面 C. 垂直Bxa的切面（＋） D.垂直Bxa的切面（－） E. 垂直Bxo的切面（＋） F. 垂直Bxo的切面（－） G.任意斜交切面 H.垂直OAP的斜交切面
A:一轴晶正光性矿物的光性方位，B：一轴晶负光性矿物的光性方位
偏光显微镜技术
●低级晶族矿物的光性方位
斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系
A: 斜方晶系矿物的光性方位 B：单斜晶系矿物的光性方位 C：三斜晶系矿物的光性方位
ห้องสมุดไป่ตู้
第四节 色散
在物理学中，色散是指白光（复色光）通过透明物质 后分解为单色光而形成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫 连续光谱的现象。 ●白光是由多种色光组成。 ●透明物质对不同波长光波的折射率是不同的。
晶体光学 &
光性矿物学
主讲：
绪论
一、晶体光学
是研究可见光通过透明矿物晶体 所发生的折射、偏振、干涉、吸收,、 色散等一系列光学现象的基础学科； 是介绍用偏光显微镜在岩石薄片中测 定透明矿物光学性质的基本原理和基 本方法的应用学科
第五章 晶体光学基础
5.4光在晶体中的传播
单色自然光
O光 e光
晶体的截面
1020
光轴
780
5.4光在晶体中的传播
C轴
Ne/
No
一轴晶——晶体中 只有一个方向不产 生双折射，即只有 一根光轴（中级晶 族晶体）。
二轴晶——晶体 中有二个方向不 产生双折射，即 有二根光轴（低 级晶族晶体）。
5.6 光性方位
光性方位—光率体的主轴与晶体结晶轴之间的关系称为~。 1 、一轴晶光率体的 光性方位 一轴晶（三方、四方、 六方）光率体为旋转 椭球体， 其旋转轴（光轴）与 晶体的 c轴（高次对 称轴）一致，光率体 中心与晶体中心重合。
光 轴 c轴 光 轴 c轴
Ne No No Ne No No
5.5 光率体
5.5.3 二轴晶光率体
c.光性正负与光轴角计算 •光性正负确定： 当Ng-Nm＞Nm-Np ,
OA
2v Ng=Bxa OA
OA
2v Np=Bxa
OA
Np
即Bxa=Ng，Bxo=Np,为正光性；
Ng Nm
Nm
当Ng-Nm＜Nm-Np,
即Bxa=Np，Bxo=Ng,为负光性。
A B 图5-15 二轴晶光率体（A正光性、B负光性）
第五章 晶体光学基础
5.1 自然光与偏振光
光是具有一定波长的电磁波；具有波动性和微粒性。 光电效应的发现，证明了光是一物质（即光是由具 有极小能量的粒“光子”组成的），而波动是质的运 动形式。光的波动形式——以正弦曲线运动，其传播 方向与振动方向相互垂直。
光在真空中速度是： c (2.997924562 108
760 630 600 570 500 450 430 400(nm)
光学第五章习题解答
A1 Acos30sin10
或
( A1 )2 0.0933
A2
5.8 平面偏振光垂直于射到一块光轴平行于表面 的方解石晶片上，光的振动面和晶片的主截面成300。 （a）试问透射出来的两束平面偏振光的相对强度为 多少；（b）用钠光时，如要产生900的位相差，晶 片的厚度应为多少？（ 5890A ）
kz
x
sint
kz
y
当 A A A时，有
1
2
E
E左
E右
2 A cost
kz
x
此即为线偏振光。
5.15 设一方解石晶片沿平行于光轴切出，其 厚度为0.0343mm，放在两个正交的尼科耳棱镜间。 平行光束经过第一尼科耳棱镜后，垂直地射到波片 上，对于钠光（589.3nm）而言，晶体的折射率为 n0 1.658, ne 1.486 。问通过第二个尼科耳棱镜后 光束发生的干涉是加强还是减弱？如果两个尼科耳 棱镜的主截面是互相平行的，结果又如何？
A' s1
0.5
0.5A0.5故：I r
A0 ' s1
0.5I i
A' 0.5 s1
0.56A.25故 ：Ir 6
0
I
i
I
r
5.6 如图所示，一块折射率n=1.50的平面玻璃浸 在n =1.33水中，已知一束光入射到水面上时反射光 是完全偏振光，若要使玻璃表面的反射光也是完全 偏振光，则玻璃表面与水平面的夹角θ 应是多大?
无吸收，试问N3和N1主截面的夹角为何值时，通过系 统的光强最大？设入射光强为I0，求此时所能通过 的最大光强。
或
( A1 )2 0.0933
A2
5.8 平面偏振光垂直于射到一块光轴平行于表面 的方解石晶片上，光的振动面和晶片的主截面成300。 （a）试问透射出来的两束平面偏振光的相对强度为 多少；（b）用钠光时，如要产生900的位相差，晶 片的厚度应为多少？（ 5890A ）
kz
x
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kz
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当 A A A时，有
1
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E左
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此即为线偏振光。
5.15 设一方解石晶片沿平行于光轴切出，其 厚度为0.0343mm，放在两个正交的尼科耳棱镜间。 平行光束经过第一尼科耳棱镜后，垂直地射到波片 上，对于钠光（589.3nm）而言，晶体的折射率为 n0 1.658, ne 1.486 。问通过第二个尼科耳棱镜后 光束发生的干涉是加强还是减弱？如果两个尼科耳 棱镜的主截面是互相平行的，结果又如何？
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A' 0.5 s1
0.56A.25故 ：Ir 6
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5.6 如图所示，一块折射率n=1.50的平面玻璃浸 在n =1.33水中，已知一束光入射到水面上时反射光 是完全偏振光，若要使玻璃表面的反射光也是完全 偏振光，则玻璃表面与水平面的夹角θ 应是多大?
无吸收，试问N3和N1主截面的夹角为何值时，通过系 统的光强最大？设入射光强为I0，求此时所能通过 的最大光强。
第五章锥光镜下的晶体光学性质详解演示文稿
布方位图（波向图）。
当矿片上光率体椭圆半径与上、下偏光
图78A为一轴垂直光轴切片的 镜振动方向平行时，消光而构成黑带；当光
波向图。其中心为光轴在薄片平面 率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向斜交 上的出露点；围绕中心的同心圆与 时，发生干涉作用产生干涉色。
放射线的交点，代表锥形光中各入
射光波在薄片平面上的出露点；半
原为一级黄的色圈_升 高1级红，表现为红色色圈 向内移动占据原黄色色圈位 置；原为1级红的色圈升 高——2级蓝，表现为蓝色
色圈向内移动占据原红色色圈 位置（图83）。
同理，每一个干涉色色 圈的级序都升高一个色序，因 而显示出这两个象限内的整个 干涉色色圈都向内移动。
第二十页，共62页。
在干涉色级序降低的两个象
由于非常光振动方向呈放射 线，与AA、PP夹角相等的椭圆半 径方向（图78），其消光情况应 为相同，由图中可看出夹角相等的 椭圆半径方向是中部窄而边部宽， 因而黑带中部较窄而边缘较宽。
如果双折率低时，这种现象不明显。
如果偏光显微镜的上、下偏光镜振 动方向AA、PP位置不在东西、南北方向上， 则干涉图中的黑十字也不在东西、南北方 向，借此可以校正上、下偏光镜的位置。
限内，靠近黑十字交点原为一 级灰的位置，干涉色级序降低变 为黑色，因而在靠近黑十字交 点处，出现对称的两个黑色小 团团；
原为1级黄的色圈，干涉 色色序降低为1级灰，表现为 灰色色圈向外移动占据原黄色 色圈位置；
原为1级红的色圈，干涉 色色序降低变为1级黄，表现为
黄色色圈向外移动占据原红色 色圈位置；
一轴晶光率体各种椭圆半径 在空间的分布方位，可用球面投 影方法作出。使圆球体球心与一 轴晶光率体中心重合（图77）。
把垂直各入射光波的光率 体椭圆半径（Ne’与No’）投 影到球面上。即可得出各个椭 圆切面半径（常光与非常光振 动方向）在球面上的分布方位。
材料研究方法--晶体光学基础
二轴晶光率体
光性：正负取决于Bxa是Ng 还是Np Bxa = Ng （+） Bxa = Np （-） Bxa究竟是Ng还是Np取决于Ng、Nm、Np相 对大小
tgV = Nm − N p N g − Nm
（+）
tgV =
N g − Nm Nm − N p
(-)
二轴晶光率体
一轴晶光率体是二轴晶光率体2V=0时的 特殊情况。 物理量的渐变导致晶体光学性质发生质 变的过程。
画有黑点的纸分别放在玻璃和冰洲石下，垂直往下看： 玻璃：1个点；转动玻璃，点的位置不动。 冰洲石：2点（点的距离与冰洲石厚度有关）；转动冰 洲石，1点不动，1点随之转动。
光性均质体
等轴晶系的晶体和非晶体的光学性质在各 方向相同，称为光性均质体，简称均质体。 光波在均质体中传播时： ① 传播速度不因振动方向而发生变化。 ② 折射率值只有一个。 ③ 光波射入均质体中，其固有性质不变。
光的折射(refraction) 光的折射
折射介质对入射介质的相对折射率N 。 把真空作为入射介质，任何介质对真空 的折射率称为绝对折射率，简称折射率。 光线在介质中的传播速度与介质的折射 率成反比。 N值的大小反映介质对光波折射的本领。 折射率色散：同一介质的N因光波的波长 而异。对于同一介质，波长与N成反比。
一轴晶光率体
一轴晶是属于中级晶族各晶系的晶体， 宏观对称的共同特点是只有一根高次轴。 水平结晶轴单位相等，水平方向上光学 性质相同。光线沿高次轴方向和垂直于 高次轴的方向入射，所显示的光学性质 不同。 o光与e光⊥振动，o光⊥光轴振动， e光在入射光与光轴组成的平面内振动
一轴晶光率体（石英、方解石） 一轴晶光率体（石英、方解石）
自然光与偏振光
第五章光的偏振晶体内o光和e光
称为负晶体，如如方解石、红宝石等。
负晶体是椭球面包球面。 光轴
光轴 vet
本节结束
vot
•
子波源
vot• vet
子波源
正晶体 (vo > ve)
负晶体 (vo < ve )
光学
5.5 光在晶体中的传播
1.惠更斯原理的表述
①光扰动同时到达的空间曲面被称为波面或波前；
②任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各 自发出球面次波；
惠更斯的这个假设，虽然没有深入到光与物质相互作用
的本质，而且缺乏理论上的严格性，但可对双折射现象作出 初步说明，其结果与电磁理论及实验事实是相符合的，并具 有简单、直观的优点。在此我们介绍惠更斯的方法。
根据惠更斯原理，在各向同性介质中，一子波源发出的
光波沿各方向传播的速度均为υ＝c/n，是和光的传播方向、 光矢量振动方向无关的常数。经t后，形成的波面是一个半 径为υt的球面。因此在各向同性介质中光波的波面是球面。
的波面一样是球面。
o光的光矢量垂直于o光的主平面，
❖ e光的子波面
对e光，其光振动在包含光轴的平面内，振动方向与光轴 的夹角随传播方向而改变，e光不遵守折射定律，其折射率也 不是一个常数，
因而 ne c ve 常数
所以e光的传播速度随方向而变化。可见e光的波面不是球面。 惠更斯设想，它是环绕光轴的旋转椭球面，实际也是如此。
ne
c
e
ne为一常数。 称为晶体对e光 的主折射率。
A
B
C 空气
晶体
光轴
o
eo
e
15
对于正晶体， 对于负晶体，
o e o e
no ne no ne
负晶体是椭球面包球面。 光轴
光轴 vet
本节结束
vot
•
子波源
vot• vet
子波源
正晶体 (vo > ve)
负晶体 (vo < ve )
光学
5.5 光在晶体中的传播
1.惠更斯原理的表述
①光扰动同时到达的空间曲面被称为波面或波前；
②任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各 自发出球面次波；
惠更斯的这个假设，虽然没有深入到光与物质相互作用
的本质，而且缺乏理论上的严格性，但可对双折射现象作出 初步说明，其结果与电磁理论及实验事实是相符合的，并具 有简单、直观的优点。在此我们介绍惠更斯的方法。
根据惠更斯原理，在各向同性介质中，一子波源发出的
光波沿各方向传播的速度均为υ＝c/n，是和光的传播方向、 光矢量振动方向无关的常数。经t后，形成的波面是一个半 径为υt的球面。因此在各向同性介质中光波的波面是球面。
的波面一样是球面。
o光的光矢量垂直于o光的主平面，
❖ e光的子波面
对e光，其光振动在包含光轴的平面内，振动方向与光轴 的夹角随传播方向而改变，e光不遵守折射定律，其折射率也 不是一个常数，
因而 ne c ve 常数
所以e光的传播速度随方向而变化。可见e光的波面不是球面。 惠更斯设想，它是环绕光轴的旋转椭球面，实际也是如此。
ne
c
e
ne为一常数。 称为晶体对e光 的主折射率。
A
B
C 空气
晶体
光轴
o
eo
e
15
对于正晶体， 对于负晶体，
o e o e
no ne no ne
华中科技大学 工程光学第五章 光的偏振和晶体光学基础
38
Brewster
David Brewster (1781-1868), Scottish physicist, professor of physics at St. Amdrews College. Initially a minister in the Church of Scotland, Brewster became interested in optics, found the angle named after him, contributed also the dichroism, absorption spectra, and stereo-photography, invented the kaleidoscope, and wrote a book about it. 39
which regulate the polarization of light by
reflection from transparent bodies.”
40
Malus
Etienne Louis Malus (1775-1812), French army officer and engineer. One evening in 1808 while standing near a window in his home in Paris, Malus was looking through a crystal of Iceland spar at he setting sun reflected in the windows across the street. As he turned the crystal about the line of sight, the two image of the sun seen through the crystal became alternately darker and brighter, changing every 90o of rotation. After this accidental observation Malus followed it up quickly by more solid experimental work and concluded that the light by reflection on the glass, became polarized.
Brewster
David Brewster (1781-1868), Scottish physicist, professor of physics at St. Amdrews College. Initially a minister in the Church of Scotland, Brewster became interested in optics, found the angle named after him, contributed also the dichroism, absorption spectra, and stereo-photography, invented the kaleidoscope, and wrote a book about it. 39
which regulate the polarization of light by
reflection from transparent bodies.”
40
Malus
Etienne Louis Malus (1775-1812), French army officer and engineer. One evening in 1808 while standing near a window in his home in Paris, Malus was looking through a crystal of Iceland spar at he setting sun reflected in the windows across the street. As he turned the crystal about the line of sight, the two image of the sun seen through the crystal became alternately darker and brighter, changing every 90o of rotation. After this accidental observation Malus followed it up quickly by more solid experimental work and concluded that the light by reflection on the glass, became polarized.
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二、光性均质体和光性非均质体
• 1．光性均质体 非晶质体（空气、液体、玻璃、树胶）、
等轴晶系晶体 光波射入均质体中发生单折射现象。 折射率值只有一个。
• 2．光性非均质体 中级晶族和低级晶族的矿物晶体 光波进入非均质体，除特殊方向外，都产
生双折射现象。
实验证明： 光射入非均质体中，除特殊
方向以外都要发生双折射，分解 形成振动方向互相垂直、传播速 度不同、折光率不等的两支偏光。
其旋转轴为短轴，光波
平行Z轴振动时的折射率 总是小于垂直Z轴振动时 的 折 射 率 ， 即 Ne ＜ No 。
凡具这种特征的光率体
称为一轴晶负光性光率
体，相应的矿物称一轴
晶负光性矿物。如方解
石。
1.486
Ne 光轴 1.658 No
一轴晶负光性光率体的构成 （方解石为例）
3．一轴晶光率体的主要切面
分别以符号Ne和No表示
• 正光性光率体 • 负光性光率体 • 一轴晶光率体的主要切面
1．一轴晶正光性光率体
• 正 光 性 光 率 体 —— 为 一个长形旋转椭球体，
旋转轴为长轴，光波
平行Z轴（光轴）振动
时的折射率值总是大
于垂直Z轴振动时的折 射 率 ， 即 Ne ＞ No 。 凡
具这种特点的光率体
一 光率体
• 光率体是表示光波在晶体中传播时， 光波的振动方向与相应振动方向上折 光率值之间关系的一种立体图形。其 具体作法是设想自晶体中心起，沿光 波振动方向按比例截取相应的折射率 值，每一个振动方向都能作出一个线 段，把各个线段的端点连接起来便构 成一个立体图形，此即为光率体
二 均质体的光率体
称为一轴晶正光性光
率体，相应的矿物称
一轴晶正光性矿物。
如石英。
1.553
光轴 1.544 一轴晶正光性光率体的构成 （石英为例）
1．一轴晶正光性光率体
Z轴 光轴
1.544 NO
1.544
1.553 1.55 3
Ne 一轴晶正光性光率体的构成 （石英为例）
2．一轴晶负光性光率体
• 负 光 性 光 率 体 --- 为 一个偏形旋转椭球体，
e光 o光
三、晶体的光轴
当光沿四方晶系、三方晶系和 六方晶系的Z轴（高次轴）方向入射 时不发生双折射，也不改变入射光 波的振动性质。在非均质体中这种 不发生双折射的特殊方向称光轴。
中级晶族的矿物，这种光轴方 向仅有一个，故统称为一轴晶。
低级晶族的矿物，这种光轴方 向有两个，故统称二轴晶。
四、常光与非常光
光性非均质体
一轴晶 二轴晶
三方晶系晶体（如方解石、电气石） 四方晶系晶体（如锆石、锡石） 六方晶系（如磷灰石、霞石）
斜方晶系晶体（如橄榄石、重晶石） 单斜晶系晶体（如透辉石、阳起石） 三斜晶系晶体（如斜长石、硅灰石）
第四节 光率体
• 一 光率体 • 二 均质体的光率体 • 三 一轴晶光率体 • 四 二轴晶光率体
Ne No
No
Ne
No
No 垂直光轴N(oOA)的切N面o ：
正
Ne
Ne
光
Ne
负 Ne 光
性
No
No 平行光轴N的o 切面： No 性
Ne No
Ne’
Ne
Ne’
No 斜交光轴的No切面： No
上节课内容
• 自然光和偏光的特点 • 光的折射和折射率 • 光的双折射和双折射率 • 均质体光率体和一轴晶光率体
二 光的全反射
光密介质
光疏介质
全反射?
反射临界角?
第三节 光的双折射及双折率
一、双折射现象
白纸上涂一个黑点，将方解 石放在纸上，可观察到两个 黑点，旋转方解石，一个黑 点不动，另一个黑点旋转。
当一束自然光穿过方解石等 晶体时，分成两条折射光的 现象称为双折射现象。
这两条光线都是偏振光。
第三节 光的双折射及双折率
双折射形成的两支偏光的折射率值的差值，称双 折射率（重折率、重屈折率），用Bi表示。
实际测得方解石的பைடு நூலகம்o为1.658，方解石非常光折光
率最小值Ne为1.486，因此方解石的重折率为Bi＝
1.658-1.486=0.172
光轴
e光
71
o光
方解石
自然界物质的光性特征及光性分类
光性均质体
非晶质物质（如玻璃、琥珀） 高级晶族-等轴晶系晶体（如萤石、石盐）
• 光波在均质体中传播时， 向任何方向振动，其传 播速度不变，折射率值 相等。因此，均质体的 光率体是一个圆球体。 均质体光率体任何方向 的切面都是圆切面，圆 切面半径代表均质体的
折射率值（N）。
N N
三 一轴晶光率体
• 一轴晶光率体是一个以Z晶轴为旋转轴的
旋转椭球体，而且有正负光性之分。这 类矿物有最大和最小两个主折光率值，
单偏光 正交偏光 锥光
目的及要求
学会在偏光显微镜 下鉴定矿物的方法
第五章 晶体光学基础
第一节 自然光和偏光 第二节 光的折射和折射率 第三节 光的双折射和双折射率 第四节 光率体 第五节 光性方位
第一节 自然光和偏光
光 是 一 种 电 磁 波
电磁波谱
第一节 自然光和偏光
光 是 一 种 横 波
偏光显微镜－鉴定矿物的重要工具
偏光显微镜鉴定法是 鉴定透明矿物和岩石 的最基本方法，是学 习矿物和岩石学的重 要基础。
晶体光学的应用范围
矿物、岩石、冶金、 建材、玻璃、陶瓷、 医药、化工、铸造。
晶体光学章节构成
晶体光学基础－晶体光学的基本原理 偏光显微镜－鉴定矿物的重要工具
偏光显微镜下 晶体光学性质
双折射形成的两支偏光，其中的一支偏光的振动 方向永远垂直于光轴，称为常光 ，以o表示，简 称 o光，其相应振动方向上的折光率No是个常数。
另一支折射光振动方向包含在光波传播方向与光 轴所构成的平面内，其折光率数值随振动方向而 异，称为非常光，以e表示，简称e光，其折光率 用Ne 表示。
e光
o光
四、双折射率
第五章 晶体光学基础
晶体光学?
晶体光学是研究可见 光通过晶体时所产生 的一系列光学性质及 其规律的一门科学。
晶体光学?
本课程主要介绍偏光 显微镜下研究和鉴定 透明矿物的基本原理 和方法。
为什么学习晶体光学?
由于不同的矿物晶体 具有不同的光学性质， 因此晶体光学是研究 和鉴定透明矿物的重 要方法。
第一节 自然光和偏光
自然光的特点 光波在垂直于 光波传播方向 的平面内做任 意方向的振动 其振动面均匀 对称瞬息万变 各个振动方向 的振幅是相同
第一节
光 分 为 自 然 光 和 偏 光
自然光和偏光
第二节 光的折射和全反射
• 光的折射和折射率 • 光的全反射
一 光的折射和折射率
绝对折光率?
相对折光率?
• 1．光性均质体 非晶质体（空气、液体、玻璃、树胶）、
等轴晶系晶体 光波射入均质体中发生单折射现象。 折射率值只有一个。
• 2．光性非均质体 中级晶族和低级晶族的矿物晶体 光波进入非均质体，除特殊方向外，都产
生双折射现象。
实验证明： 光射入非均质体中，除特殊
方向以外都要发生双折射，分解 形成振动方向互相垂直、传播速 度不同、折光率不等的两支偏光。
其旋转轴为短轴，光波
平行Z轴振动时的折射率 总是小于垂直Z轴振动时 的 折 射 率 ， 即 Ne ＜ No 。
凡具这种特征的光率体
称为一轴晶负光性光率
体，相应的矿物称一轴
晶负光性矿物。如方解
石。
1.486
Ne 光轴 1.658 No
一轴晶负光性光率体的构成 （方解石为例）
3．一轴晶光率体的主要切面
分别以符号Ne和No表示
• 正光性光率体 • 负光性光率体 • 一轴晶光率体的主要切面
1．一轴晶正光性光率体
• 正 光 性 光 率 体 —— 为 一个长形旋转椭球体，
旋转轴为长轴，光波
平行Z轴（光轴）振动
时的折射率值总是大
于垂直Z轴振动时的折 射 率 ， 即 Ne ＞ No 。 凡
具这种特点的光率体
一 光率体
• 光率体是表示光波在晶体中传播时， 光波的振动方向与相应振动方向上折 光率值之间关系的一种立体图形。其 具体作法是设想自晶体中心起，沿光 波振动方向按比例截取相应的折射率 值，每一个振动方向都能作出一个线 段，把各个线段的端点连接起来便构 成一个立体图形，此即为光率体
二 均质体的光率体
称为一轴晶正光性光
率体，相应的矿物称
一轴晶正光性矿物。
如石英。
1.553
光轴 1.544 一轴晶正光性光率体的构成 （石英为例）
1．一轴晶正光性光率体
Z轴 光轴
1.544 NO
1.544
1.553 1.55 3
Ne 一轴晶正光性光率体的构成 （石英为例）
2．一轴晶负光性光率体
• 负 光 性 光 率 体 --- 为 一个偏形旋转椭球体，
e光 o光
三、晶体的光轴
当光沿四方晶系、三方晶系和 六方晶系的Z轴（高次轴）方向入射 时不发生双折射，也不改变入射光 波的振动性质。在非均质体中这种 不发生双折射的特殊方向称光轴。
中级晶族的矿物，这种光轴方 向仅有一个，故统称为一轴晶。
低级晶族的矿物，这种光轴方 向有两个，故统称二轴晶。
四、常光与非常光
光性非均质体
一轴晶 二轴晶
三方晶系晶体（如方解石、电气石） 四方晶系晶体（如锆石、锡石） 六方晶系（如磷灰石、霞石）
斜方晶系晶体（如橄榄石、重晶石） 单斜晶系晶体（如透辉石、阳起石） 三斜晶系晶体（如斜长石、硅灰石）
第四节 光率体
• 一 光率体 • 二 均质体的光率体 • 三 一轴晶光率体 • 四 二轴晶光率体
Ne No
No
Ne
No
No 垂直光轴N(oOA)的切N面o ：
正
Ne
Ne
光
Ne
负 Ne 光
性
No
No 平行光轴N的o 切面： No 性
Ne No
Ne’
Ne
Ne’
No 斜交光轴的No切面： No
上节课内容
• 自然光和偏光的特点 • 光的折射和折射率 • 光的双折射和双折射率 • 均质体光率体和一轴晶光率体
二 光的全反射
光密介质
光疏介质
全反射?
反射临界角?
第三节 光的双折射及双折率
一、双折射现象
白纸上涂一个黑点，将方解 石放在纸上，可观察到两个 黑点，旋转方解石，一个黑 点不动，另一个黑点旋转。
当一束自然光穿过方解石等 晶体时，分成两条折射光的 现象称为双折射现象。
这两条光线都是偏振光。
第三节 光的双折射及双折率
双折射形成的两支偏光的折射率值的差值，称双 折射率（重折率、重屈折率），用Bi表示。
实际测得方解石的பைடு நூலகம்o为1.658，方解石非常光折光
率最小值Ne为1.486，因此方解石的重折率为Bi＝
1.658-1.486=0.172
光轴
e光
71
o光
方解石
自然界物质的光性特征及光性分类
光性均质体
非晶质物质（如玻璃、琥珀） 高级晶族-等轴晶系晶体（如萤石、石盐）
• 光波在均质体中传播时， 向任何方向振动，其传 播速度不变，折射率值 相等。因此，均质体的 光率体是一个圆球体。 均质体光率体任何方向 的切面都是圆切面，圆 切面半径代表均质体的
折射率值（N）。
N N
三 一轴晶光率体
• 一轴晶光率体是一个以Z晶轴为旋转轴的
旋转椭球体，而且有正负光性之分。这 类矿物有最大和最小两个主折光率值，
单偏光 正交偏光 锥光
目的及要求
学会在偏光显微镜 下鉴定矿物的方法
第五章 晶体光学基础
第一节 自然光和偏光 第二节 光的折射和折射率 第三节 光的双折射和双折射率 第四节 光率体 第五节 光性方位
第一节 自然光和偏光
光 是 一 种 电 磁 波
电磁波谱
第一节 自然光和偏光
光 是 一 种 横 波
偏光显微镜－鉴定矿物的重要工具
偏光显微镜鉴定法是 鉴定透明矿物和岩石 的最基本方法，是学 习矿物和岩石学的重 要基础。
晶体光学的应用范围
矿物、岩石、冶金、 建材、玻璃、陶瓷、 医药、化工、铸造。
晶体光学章节构成
晶体光学基础－晶体光学的基本原理 偏光显微镜－鉴定矿物的重要工具
偏光显微镜下 晶体光学性质
双折射形成的两支偏光，其中的一支偏光的振动 方向永远垂直于光轴，称为常光 ，以o表示，简 称 o光，其相应振动方向上的折光率No是个常数。
另一支折射光振动方向包含在光波传播方向与光 轴所构成的平面内，其折光率数值随振动方向而 异，称为非常光，以e表示，简称e光，其折光率 用Ne 表示。
e光
o光
四、双折射率
第五章 晶体光学基础
晶体光学?
晶体光学是研究可见 光通过晶体时所产生 的一系列光学性质及 其规律的一门科学。
晶体光学?
本课程主要介绍偏光 显微镜下研究和鉴定 透明矿物的基本原理 和方法。
为什么学习晶体光学?
由于不同的矿物晶体 具有不同的光学性质， 因此晶体光学是研究 和鉴定透明矿物的重 要方法。
第一节 自然光和偏光
自然光的特点 光波在垂直于 光波传播方向 的平面内做任 意方向的振动 其振动面均匀 对称瞬息万变 各个振动方向 的振幅是相同
第一节
光 分 为 自 然 光 和 偏 光
自然光和偏光
第二节 光的折射和全反射
• 光的折射和折射率 • 光的全反射
一 光的折射和折射率
绝对折光率?
相对折光率?