晶体光学基础 PPT课件
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正交镜间晶体光学性质课件
某一定光程差，只可能相当或接近于部分单色光半波长
的偶数倍，使该部分单色光抵消或减弱；同时该光程差又 可能相当或接近于另一部分单色光半波长的奇数倍，使另 一部分单色光不同程度加强。
不同程度加强的单色光混合，构成与该光程差相应的混
合颜色，它是白光通过正交镜间矿片后，经过干涉作用形 成的，故称为干涉色。
干涉色不是矿物本身的颜色，与单偏光镜下矿片显示的
正交镜间晶体光学性质课件
17
⑴如果光源为单色光时，在正交镜间45°位置插入 石英楔，视域内将逐渐出现明暗相间的干涉条带。
正交镜间晶体光学性质课件
18
明暗条带间距取决于单色光的波长。红光的波 长最长，其明暗条带间距也最大，紫光的干涉条 带间距则最小。
正交镜间晶体光学性质课件
19
⑵若光源为白光时，除R＝0外，任何一光程差都 不可能同时等于各个单色光半波长的偶数倍，所以 不可能使七种单色光同时抵消而出现黑带。
具体表现为干涉色级序降低（比原 来干涉色级序高的矿片降低，不一定 比原来干涉色级序低的矿片降低）。 若R1＝R2，则R＝0，此时矿片消色 而变黑暗。
正交镜间晶体光学性质课件
36
补色法则的应用：
在两个晶体切片中，如果有一矿片的光率体椭 圆半径名称及光程差为已知，当它们在正交镜间 45°位置重叠时，观察干涉色级序的升降变化，根 据补色法则可以确定另一个矿片的光率体椭圆半径 名称及光程差。
正交镜间所呈现干涉色的互补色。
例如R为550nm时，在正交镜间呈现一级紫红干涉色， 而在平行偏光镜间则呈现黄绿色干涉色。
❖薄片鉴定中，平行偏光镜间的观察较少。一般可用于区 分一级灰白与高级白干涉色。正交镜间的一级灰在平行 偏光镜间则变为暗橙红色，而高级白仍为白色。
的偶数倍，使该部分单色光抵消或减弱；同时该光程差又 可能相当或接近于另一部分单色光半波长的奇数倍，使另 一部分单色光不同程度加强。
不同程度加强的单色光混合，构成与该光程差相应的混
合颜色，它是白光通过正交镜间矿片后，经过干涉作用形 成的，故称为干涉色。
干涉色不是矿物本身的颜色，与单偏光镜下矿片显示的
正交镜间晶体光学性质课件
17
⑴如果光源为单色光时，在正交镜间45°位置插入 石英楔，视域内将逐渐出现明暗相间的干涉条带。
正交镜间晶体光学性质课件
18
明暗条带间距取决于单色光的波长。红光的波 长最长，其明暗条带间距也最大，紫光的干涉条 带间距则最小。
正交镜间晶体光学性质课件
19
⑵若光源为白光时，除R＝0外，任何一光程差都 不可能同时等于各个单色光半波长的偶数倍，所以 不可能使七种单色光同时抵消而出现黑带。
具体表现为干涉色级序降低（比原 来干涉色级序高的矿片降低，不一定 比原来干涉色级序低的矿片降低）。 若R1＝R2，则R＝0，此时矿片消色 而变黑暗。
正交镜间晶体光学性质课件
36
补色法则的应用：
在两个晶体切片中，如果有一矿片的光率体椭 圆半径名称及光程差为已知，当它们在正交镜间 45°位置重叠时，观察干涉色级序的升降变化，根 据补色法则可以确定另一个矿片的光率体椭圆半径 名称及光程差。
正交镜间所呈现干涉色的互补色。
例如R为550nm时，在正交镜间呈现一级紫红干涉色， 而在平行偏光镜间则呈现黄绿色干涉色。
❖薄片鉴定中，平行偏光镜间的观察较少。一般可用于区 分一级灰白与高级白干涉色。正交镜间的一级灰在平行 偏光镜间则变为暗橙红色，而高级白仍为白色。
光的偏振和晶体光学基础工程光学课件
kz=0
wt
Ey /2
Ey(/4)
kz=0
wt
Ey
wt=0
Ex
wt=/4
wt=/2 A
Ex Ax cos( kz wt ) Ey Ay cos( kz wt 2 ) 当＝0时，是线偏振光。
所以任意一个偏振光都可表示为:
E~
x0
Ax
eikz
y0
Ay
ei(
kz
)
＝[
x0
,
y0
]
出射光： E＝E~1＋E~2
光强：I＝A2 cos2 A2 sin 2 sin 2 sin2 n0 ne d
当＝ / 4, 3 4时，
I＝A2 sin2 n0 ne d
（二）应用
1.光弹性效应
材料的 n0 ne 随材料承受的压力而变化，因而用条纹 分布来测量压力分布。
把其中的波片变为光弹性材料。
x
y 光轴
x
1振动方向分解
E~x Acos ，E~y A sin
2通过波片
E~x Acos ，E~y A sin • ei
其中：＝
2
no
ne
d
3通过检偏器
E~x向光轴上的分解: E~1＝E~x cos Acos cos
E~y向光轴上的分解: E~2＝E~y sin A sin sin
x0
,
y0
其中：
E＝aa
x y
ei1 e i 2
＝a x e i1
1
a
y
ax
e
i（
2－1）为琼斯矢量。
通常将上式归一化，有
1
E＝
ax ax ay
a
wt
Ey /2
Ey(/4)
kz=0
wt
Ey
wt=0
Ex
wt=/4
wt=/2 A
Ex Ax cos( kz wt ) Ey Ay cos( kz wt 2 ) 当＝0时，是线偏振光。
所以任意一个偏振光都可表示为:
E~
x0
Ax
eikz
y0
Ay
ei(
kz
)
＝[
x0
,
y0
]
出射光： E＝E~1＋E~2
光强：I＝A2 cos2 A2 sin 2 sin 2 sin2 n0 ne d
当＝ / 4, 3 4时，
I＝A2 sin2 n0 ne d
（二）应用
1.光弹性效应
材料的 n0 ne 随材料承受的压力而变化，因而用条纹 分布来测量压力分布。
把其中的波片变为光弹性材料。
x
y 光轴
x
1振动方向分解
E~x Acos ，E~y A sin
2通过波片
E~x Acos ，E~y A sin • ei
其中：＝
2
no
ne
d
3通过检偏器
E~x向光轴上的分解: E~1＝E~x cos Acos cos
E~y向光轴上的分解: E~2＝E~y sin A sin sin
x0
,
y0
其中：
E＝aa
x y
ei1 e i 2
＝a x e i1
1
a
y
ax
e
i（
2－1）为琼斯矢量。
通常将上式归一化，有
1
E＝
ax ax ay
a
《单偏光镜下晶体光学性质》课件
D、解理夹角＝b-a。
3 、矿物的颜色、多色性和吸收性
（1） 矿物的颜色：
矿物在薄片中呈现的颜色与手标本上的颜色不同。透射光 与反射光。 在单偏光镜下，矿物薄片呈现的颜色是矿片对白光中各单 色光波选择吸收的 结果。选择吸收为 矿片对白光中各单 色光波的不等量吸 收。
（2） 矿物的多色性：
在单偏光镜下转动载物台，晶体颜色发生变化的性质。 是由于晶体在不同 方向上对不同波长 光波选择吸收的结 果。
结 自形晶
晶 程
半自形晶
度 它形晶
结 针状、柱状 晶 习 片状、板状 性 粒状 纤维状
放射状 网状 交生状
等等
注意：在单偏光镜下观察晶体形态时，应结合晶体不 同方向的切面而定。
2 、解理
（1） 解理的等级： ① 极完全解理：如云母； ② 完全解理：如辉石； ③ 不完全解理：如橄榄石。
（2）解理与裂纹的区别： 解理平直，裂纹弯曲； 解理宽度基本一致，裂 纹宽窄不一。
电气石： 深篮－－浅紫
普通角闪石： 深绿－－浅黄绿
（3） 矿物的吸收性：
在单偏光镜下转动载物台，矿物颜色深浅发生变化的性质。 其成因与多色性相似。也是由于晶体在不同方向上对光波选 择吸收的结果。
例如： 普通角闪石：深绿－－浅绿； 黑云母：深褐色－－浅褐色
问题：均质体矿物能否有颜色、多色性和吸收性？
三、 单偏光镜下晶体光学性质
指只使用一个偏光镜（通常为下偏光）进行观测、测 定晶体的光学性质。
1）晶体表面特征，如形状、 解理。
主
要 观 察
2）晶体对光波吸收的有关 性质，如颜色、多色性、吸 收性等。
3）与晶体折射率有关的性 质，。如突起、糙面、贝克 线、色散等。
1、形态
3 、矿物的颜色、多色性和吸收性
（1） 矿物的颜色：
矿物在薄片中呈现的颜色与手标本上的颜色不同。透射光 与反射光。 在单偏光镜下，矿物薄片呈现的颜色是矿片对白光中各单 色光波选择吸收的 结果。选择吸收为 矿片对白光中各单 色光波的不等量吸 收。
（2） 矿物的多色性：
在单偏光镜下转动载物台，晶体颜色发生变化的性质。 是由于晶体在不同 方向上对不同波长 光波选择吸收的结 果。
结 自形晶
晶 程
半自形晶
度 它形晶
结 针状、柱状 晶 习 片状、板状 性 粒状 纤维状
放射状 网状 交生状
等等
注意：在单偏光镜下观察晶体形态时，应结合晶体不 同方向的切面而定。
2 、解理
（1） 解理的等级： ① 极完全解理：如云母； ② 完全解理：如辉石； ③ 不完全解理：如橄榄石。
（2）解理与裂纹的区别： 解理平直，裂纹弯曲； 解理宽度基本一致，裂 纹宽窄不一。
电气石： 深篮－－浅紫
普通角闪石： 深绿－－浅黄绿
（3） 矿物的吸收性：
在单偏光镜下转动载物台，矿物颜色深浅发生变化的性质。 其成因与多色性相似。也是由于晶体在不同方向上对光波选 择吸收的结果。
例如： 普通角闪石：深绿－－浅绿； 黑云母：深褐色－－浅褐色
问题：均质体矿物能否有颜色、多色性和吸收性？
三、 单偏光镜下晶体光学性质
指只使用一个偏光镜（通常为下偏光）进行观测、测 定晶体的光学性质。
1）晶体表面特征，如形状、 解理。
主
要 观 察
2）晶体对光波吸收的有关 性质，如颜色、多色性、吸 收性等。
3）与晶体折射率有关的性 质，。如突起、糙面、贝克 线、色散等。
1、形态
第五章晶体光学基础
2020/3/7
5.5 光率体
5.5.2 一轴晶光率体
(1)形态——旋转椭球体，旋
Ne
转轴为光轴（晶体的c轴），
并且有正负之分。
特点：旋转轴为长轴， Ne＞No，一轴晶正 光性光率体，相应矿 物为一轴晶正光性矿 物。
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O No
No
5.5 光率体
5.5.2 一轴晶光率体
（2）举例： a、石英:
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5.5 光率体
5.5.3 二轴晶光率体
(3) 二轴晶光率体分析
a.二根光轴的位置：
在⊥NgNp主轴面上,通 过Nm在光率体的一侧 可作一系列椭圆切面,一 半径是Nm,另一半径连 续变化于Ng与Np之间, 当该半径等于Nm时,即 为一圆切面;同理,另一 侧也存在一个圆切面。 圆切面的法线即为光轴 方向。
2020/3/7
2020/3/7
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。
2020/3/7
5.6 光性方位
2020/3/7
5.5 光率体
5.5.3 二轴晶光率体
b.光轴面和光轴角 光轴面——包含二根光轴的平 面（与NgNp主轴面一致，以 AP 表示）。⊥AP方向称为光 学法线（即Nm方向）。 光轴角——二根光轴之间的夹 角（锐角以2V表示，钝角以2E 表示）。锐角的平分线称为锐 角等分线，以Bxa表示； 钝角的平分线称为钝角等分线， 以Bxo表示。
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5.5 光率体
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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杂质、溶液中氢离子浓度(pH值)、温度、过饱和 度和介质运动等．
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1 杂质
通常把与结晶物质无关的少量外来物质称为杂质．广义的 杂质还应该包括溶剂本身，从这个意义上来说，杂质是不能 消除的(其含量有时甚至是很大的)，因为它本身就是外介质．
3. 不足 （1）需要高压； （2）需要优质籽晶； （3）过程不可视。
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（5）凝胶法
1. 原理 通过反应物在凝胶中扩散、反
应，进行晶体生长。
2. 体系 凝胶－反应物。
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（a） 试管单扩散系统（b）为U形管双扩散系统
图5.6 凝胶法育晶装置 光学晶体晶体生长部分整理课件
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2. 晶芽 1）对于初次培育一种新的晶体：
>室温5~10oC 饱和溶液
放入5~10cm 培养皿中
室温7~8h，用 镊子取出晶体
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2）大晶体上切取籽晶：
点状切型：各向生长速率相当，生长登轴晶体。 杆状切型：长度方向生长慢的晶体。 片状切型：
一般情况下，籽晶应在生长慢的方向上有较大尺 寸。
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4 晶体研究的发展趋势
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3）折射率椭球的作用
当已知 D 矢量的方向，可求出对应的折射率 n。 由 D 的方向余弦（ lx ,ly ,lz ），由于 r D ，故 r
的方向余弦也是（ lx ,ly ,lz ），r 的长度等于 n
于是： x rlx nlx, y rly nly , z rlz nlz
代入式（6－41）得： n ( lx2
给出了晶体中 D 矢量方向与介电常数 关系的椭球模型。
在主轴坐标系中有
x2 y2 z2 1
x /0 y /0 z /0
（6－39）
由于菲涅耳生活在 19 世纪初，光的电磁理论尚未问世， 当时认为光的速度与媒质的弹性模量有关。因此该椭球 称为弹性模量椭球或惯性椭球。
1876 年 光 的 电 磁 理 论 建 立 之 后 ， 利 用
1 和n= c 的关系，上述固体弹性理论的椭
0
0
球模型就自然的转化为电磁理论的介电常数椭球，或折 射率椭球模型。在主轴坐标系中，是正椭球，表示为：
x2 nx2
y2 ny2
z2 nz 2
1
（6－41）
上述模型可利用光的电磁理论中的能量定律加以证明。
晶体主轴系中的折射率椭球
折射率椭球的物理意义
6.2.1晶体的光学各向异性及其描述
1、物质方程
由方解石的双折射看出，晶体对不同 D 方向的光波呈现 不同的折射率。因而是光学各向异性媒质，这种光学各 向异性来源于晶体原子结构的各向异性。晶体是由带电 粒子组成的（如原子，分子，晶胞）。每个带电粒子正 负电荷中心不重合，形成电偶极子。由于各电偶极子定 向排列，产生了极化（用电极化强度 p 表示）。因而对 不同 D 的电磁场能区别对待，产生不同的光学性质。
ly2