1-2++晶体光学基础理论

晶面法线
晶面法线
o光：三线共面
e光：三线不共面
（3）振动方向： o 光振动方向与其主平面（光线和光轴
所决定的平面）垂直；e 光振动方向//其主平面。
o光主平面 e光主平面
o光
e光
光轴
光轴
* 两种特殊情况下o光与e光的振动方向
（1）当光轴在入射面内时
o光和e光的振动方向垂直
入射面（入射光线与晶面法线构成的平面） 主截面（晶面法线与光轴构成的平面） 重 合
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.
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、
这两束光的其中一束遵从折射定律，称为常光，以O表示；而另 外一束不遵从折射定律，称为非常光，以e表示
冰洲石越厚，两束光石
冰洲石（方解石）矿物的双折射效应
冰洲石下的绳子有两个像 双折射
玻璃下的绳子只有一个像 单折射 o e
冰洲石
当光线入射到矿物晶体之中时，一般都发生双 折射现象。即形成两束折射光。
一束为寻常光（ o 光），服从折射定律， 沿各方向传播的o光速度相同，即各方向的折 射率相同。 另一束为异常光（e 光），不服从折射定律， 沿各方向传播的光速度不同，即各方向的折射 率不同。
光轴：晶体内特殊的光性方位，
101 .5
当光线沿光轴方向入射时，o
78 .5
光和e光具有相同的折射率和
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。

10年后，荷兰物理学家惠更斯(Christiaan Huygens) 给出了 解释：

一束光射入冰洲石后会分为两束光（双折射）
波速，不发生双折射。
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。二者折射率之差
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振动方向的 影响；e 光一般不在入射面内，传播速度随振动方向变化。
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
（1）特征
形态：旋转椭球体，旋转轴
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
2. 可见光、单色光、白光
可见光：正常的人眼能感觉到的电磁波。 单色光：频率为某一定值或在某一窄小范围的可见光。
白光：是指由七种基本单色光混合的光（如日光）。
紫外 390 紫 兰 绿 黄 430 500 570 590 650 770
橙
红 红外
人 眼 最 为 敏 感 的 光 是 黄 绿 光 ， 即
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！）
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
垂直振动
sin i ne sin re no
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

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
o光的主平面（晶体内光线与光轴构成的平面） e光的主平面（晶体内光线与光轴构成的平面）
·
o光
e光
光轴
（2）当光轴垂直入射面时
o 光和e 光振动方向垂直
光轴
·
· e光
o光 e光主平面
·
o光
e光
光轴
o光主平面
o光的振动方向与晶体的光轴垂直；e光的振动
方向与晶体的光轴共面。
* 双折射应用实例
渥拉斯顿棱镜
No Ne’ Ne
abs(Ne–No)为最大双折射 率
有一个光轴（OA） //Ne//C轴
(4)主要切面及其意义
垂直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
由两块光轴相互垂直的 方解石（no>ne）直角棱
镜组成，具有起偏作用、
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
O 光振动垂直于主平面； e 光振动//主平面
o光变e光 e光变o光
sin i no 平行振动 sin ro ne
3、光的折射与折射率
生活中的光折射
i
疏
密
法 线 Ni
Water
i
密
疏
法 线 Ni
Nr
Air
Nr
r r
Ni<Nr
Ni>Nr
折射定律（Snell定律）： N = Vi / Vr = Sini / Sinr.
1）由光疏进入光密物质，折向光法线；由光密进入光疏物质，偏离光 法线。 2）N：折射介质对入射介质的相对折射率，若入射介质为真空，为绝 对折射率。 3）一般而言，矿物折射率指矿物对黄光的折射率（为什么？）。 4）光在介质中的传播速度受微观结构（键性、质点类型、堆积的紧密 程度等）的控制，因此折射率是反映介质成分和微观结构的重要参数。

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……
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
颜色（主要是吸收色）、粉末色（条痕色）、反光强
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
正光性
负光性
3.二轴晶光率体
(1)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
(2)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
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
光的全反射和全反射临界角 光性均质体与光性非均质体
光性均质体/光性非均质体（是否发生双折射）
双折射与光传播方向改变的问题
常光：遵循折射定律（No=Sin I /Sinr）