晶体光学基础1
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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
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
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。
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
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。
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
12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 光轴
e光 光轴
主平面: 晶体内线与光轴构成的平面
6、光性均质体与光性非均质体
光性均质体 Optical isotropic substance 光性非均质体 Optical anisotropic substance
三个主折射率：
Ng(>Ng’>)Nm(>Np’>)Np
两个OA
光轴角（2V）：OA锐夹角
Np
Bxa：OA锐角平分线,=Ng
Bxo
或Np；Bxo：钝角平分线
光轴面（OAP）：包含两个 Nm OA的切面
(3) 光性正负之分
正光性： Ng=Bxa
近似公式： Ng-Nm > Nm-Np
负光性: Ng=Bxo
1）由光疏进入光密物质，折向光法线；反之，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）光在介质中的传播速度受微观结构（密度、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。
4、光的全反射和全反射临界角
Φ Ni
Nr
Ni>Nr
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。
波的相关术语
图中波自左向右以速度V传播
F = V/
➢波长 (wavelength)：相邻两波峰之间的距离
晶体光学与光性矿物学复习思考题
晶体光学与光性矿物学复习思考题《晶体光学与光性矿物学》复习思考题第一章晶体光学基础1.光波在均质体和非均质体中的传播特点有何不同？为什么？2.光波在非均质体中传播时，其传播速度及相应折射率值是取决于光波的传播方向？还是取决于光波的振动方向？3.光轴、一轴晶、二轴晶的概念？4.光率体的概念？一轴晶光率体、二轴晶光率体的形态特点？5.一轴晶光率体平行光轴的椭圆切面、垂直光轴的圆切面各有多少个？6.一轴晶光率体的光性正负是如何定义的？7.分别画出一轴晶正光性、负光性光率体的三种（垂直OA、平行OA、斜交OA）主要切面，指出各切面的双折射率，并注明每一个切面的光率体半径名称。
8.二轴晶光率体的光性正负是如何定义的？9.二轴晶光率体的主要光学要素有哪些？10.什么是光轴角(2V)、光轴面（AP）、光学法线？11.分别画出二轴晶正光性、负光性光率体垂直Bxa切面、垂直Bxo切面、垂直OA切面、平行AP切面、垂直AP的斜交OA切面，指出各切面的双折射率，并在各切面上标出光率体要素。
12.什么是光性方位？矿物的光性方位与所属晶系之间有何关系？指出中级晶族、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系矿物的光性方位。
第三章单偏光显微镜下的晶体光学性质1.正交偏光镜下可观察测定透明矿物的哪些光学性质？2.什么叫矿物的边缘、糙面？边缘的粗细和糙面的明显程度与哪些因素有关？为什么有的矿物(如橄榄石)边缘明显、糙面显著，而有的矿物(如石英)轮廓看不清楚、表明较为光滑？3.什么叫贝克线？贝克线的移动规律是什么？4.什么叫突起？薄片中矿物的突起高低取决于什么因素？为什么在偏光显微镜下同一薄片中的不同矿物颗粒给人一种突起高低不同的感觉？5.如何规定突起的正负？在薄片中怎样确定正突起和负突起？6.举例说明矿物突起划分为哪6个等级？7.什么是闪突起？哪些矿物具闪突起？具有闪突起的晶体是否无论在任何切面都能见到闪突起？什么样的切面闪突起最明显？8.解理纹的可见度与哪些因素有关？9.辉石和斜长石都具有两组完全解理，在岩石薄片中，为什么辉石具解理缝的切面多于长石且解理纹很清楚？而斜长石的解理纹却难见到？10.角闪石具有两组完全解理，夹角为56°；在岩石薄片中，为什么有的切面上见到两个方向解理纹，有的切面只见到一个方向解理纹，而有的切面上见不到解理纹呢？测量解理夹角应在什么切面上进行？11.含黑云母的薄片中，为什么有的黑云母切面上看不见解理缝，而且多色性不明显？见到大部分黑云母颗粒不具解理纹；能说这种黑云母不具解理吗？为什么？12.什么叫矿物的颜色？矿物的颜色与哪些因素有关？13.什么是多色性？多色性明显程度与哪些因素有关？14.什么是吸收性和吸收性公式？15.矿物的多色性在什么方向切面上最明显？为什么？测定一轴晶和二轴晶矿物的多色性公式，需要选择什么方向的切面？16.如何利用黑云母确定下偏光振动方向？第四章正交偏光显微镜间的晶体光学性质1.正交偏光镜下可观察测定透明矿物的哪些光学性质？2.什么叫消光？什么叫消光位？3.什么叫全消光？四次消光？哪些类型的切面可以呈全消光？四次消光？4.什么叫干涉色？干涉色与颜色的区别？5.Ⅰ～Ⅲ级干涉色色序？Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级干涉色的特点？6.写出云母试板、石膏试板的光程差、干涉色及光率体椭圆半径的方位和名称。
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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光线垂直矿片上表面入射并垂直反射； 材料光学显微分析的主要方式。 理论：《不透明矿物的晶体光学》
2.1 反光显微镜下矿物的部分光性 （1） 反射力与反射率
反射力——矿物的结晶面或抛光面对光线的反射能力。
显微镜下表现为矿物抛光面的明亮程度：灰度。 （不透明矿物属吸收性介质：仅存在吸收和反射而无透射）
（1） 单偏光下： （2） 正交偏光下： （3） 锥光下：
矿物的光性鉴定步骤
2. 材料的显微组成和结构分析（岩相分析，微米尺度）：
多在反光下进行（光片易于磨制及材料原结构易于保持）。 内容主要为：矿物和孔隙的形态、大小、数量（半定量） 及分布。
试述光学显微分析的基本原理和功能， 试述光学显微分析的基本原理和功能，并举例说明 其在无机非金属材料生产与研究中的应用。 其在无机非金属材料生产与研究中的应用。
（3）由于试样的原结构在光片制备过程中不易受到破坏， 由于试样的原结构在光片制备过程中不易受到破坏， 所以， 宜在反光下进行。 所以，显微结构分析和定量分析宜在反光下进行。
透射光下：薄片；
光线垂直矿片下表面入射并透出矿片； 主要用作矿物的光性鉴定，也可进行显微观察。 理论：《晶体光学》
反射光下：光片；
光性正负：
－）
晶体光学基础小结
1.光的折射与晶体的折射率
现象、本质、相互关系及影响因素（质点的种类与排列方式）。 2.光率体的定义及意义 . 定义：用来表示晶体中任意一点处光的振动方向与相应折射率之间关 系的光性示性体。 意义：通过光波振动方向与相应折射率之间的关系将光波在晶体中的传 播与晶体的光性联系起来，使对晶体光性的研究可以用光率体描 述。 3. 各类晶体对应的光率体形状、主切面（包括切面名称、形状、半 径/轴名、双折率）及光性正负。 4.光性方位 矿物结晶轴与光率体主轴之间的关系（一轴晶和二轴晶矿物）
思 考 题
1. 作出二轴晶光率体的主切面。 2. 何谓矿物的光性方位？矿物的光性方位有何实际意义？ 3.设普通角闪石Ng=1.701，Nm=1.691，Np=1.665，Nm=Y, Ng∧Z=30°,β=106°。确定普通角闪石的光性符号，作 出各主轴面上的光性方位图。
光率体和光性方位的意义
光率体
的颜色称为反射色，也称为表色。 如：黄铁矿呈浅黄色，磁铁矿则呈淡黄红色。
反射率多色性：非均质体矿物的反射色色调和浓度（深浅） 随测定方向的不同而变化的性质称为反射多色性。
（无色的矿物可发生灰度的变化，但严格地说其不属于反射多色性）
（3） 内反射
入射光照射到矿片上，部分光线可能进入矿物内部，并 从其到达的不同介质的分界面处（解理、裂隙、空洞、包裹 体等等）被反射回来，此现象称为内反射。
1.3.1 单偏光下晶体的主要光学性质
矿物在单偏光镜下的主要光性有：
• 晶形与解理
与矿物的结晶习性有关的特征
• 颜色与多色性
颜色：与矿物对白光中各色光的选择性吸收有关。 多色性：还与矿片的双折率有关。
• 边缘、贝壳线、糙面、突起和闪突起
与矿物自身折射率、双折率及其与树脂折射率 之差有关的特征。
(2) 薄片中矿物的颜色和多色性
2
反射偏光显微分析
指借助反光显微镜对材料光片进行岩相分析。
特点： 特点
（1）不透明矿物的光性鉴定技术。但反光下矿物的光性特 不透明矿物的光性鉴定技术。 征远没有在透光下丰富； 征远没有在透光下丰富； 测定、 （2）特殊的鉴定技术，如：反射率和显微硬度测定、 特殊的鉴定技术，
蚀象技术等等； 染色和蚀象技术等等；
经内反射的光可能是白光，也可能带有颜色 称为内反射色， 也称为体色。
（4）非均质效应
由于物镜或多或少的聚敛作用使均质体在正交反射偏光 下呈现暗淡亮光且旋转不变的现象。
（5） 偏光色效应
非均质体矿物使反射偏光发生变化，旋转物台，透出上 偏光镜的光线亮度发生规律的明暗变化，有些矿物还有颜色 的变化（此称为偏光色）的现象称为偏光色效应。
Ng、Nm和Np表示，即：
Ng > Nm > Np
有关二轴晶光率体的的几个概念（2）
光轴面 包含两根光轴的光率体切面，即NgNp主轴面，用 AP表示； 锐角，用2V表示； 光轴角 两光轴所夹锐角 锐角 Bxa 两光轴所夹锐角（即光轴角）的角平分线； 锐角 即光轴角） Bxo 两光轴所夹钝角 钝角的角平分线，显然有Bxa⊥Bxo。 钝角 ⊥
1.2.2 岩矿制片基本步骤
薄片的制作步骤 切片：20×15×3mm左右、 粗磨：用较粗磨料将矿片一面磨平； 细磨：用较细磨料逐级将此面磨光； 粘片：用环氧树脂将磨光面粘在玻片上； 重复上述粗磨、细磨，将矿片的另一面磨
薄、磨光至0.03mm； 盖片：在此磨光面上粘上盖玻片。
光片的制作步骤 前三步骤与薄片相同；注意切片厚度约为10mm 抛光：用抛光膏将磨光面在抛光机上抛光。
不同矿物的折射率是不同的；同一矿物的折射率也将随其结构对称程度不同 而变化，即在矿物的不同结构方向上对应着不同的折射率。 光在晶体中的传播特点取决于晶体中质点的种类（性质）和排列。 本质在于矿物的折射率和光在晶体中的传播特点是光与矿物作用的结果。
小
结
光率体：用来表示晶体中任意一点处光的振动方向与
相应折射率之间关系的光性示性体。
光学显微分析小结 1. 矿物的光性鉴定：
主要是透明矿物鉴定：理论为“晶体光学”，通过 矿片在偏光显微镜下呈现的光学现象差异将其识别出来。
反光下可通过矿物的形态、灰度（反射能力）及一些特殊的技术（显微 硬度、染色等）对矿物进行识别。
晶体光学基础
光在晶体中的传播 光率体 光性方位
矿物薄片在偏光显微镜下的主要光性
多色性和吸收性是与双折射有关的性质，所以，是通过旋转物 台观测的。如： 电气石：No=深蓝色，Ne=浅紫色； No>Ne 角闪石：Ng=深蓝/绿色，Nm=绿色，Np=浅黄绿色； Ng>Nm>Np
(3) 薄片中矿物的边缘、贝壳线、糙面和突起 边缘：矿物晶粒或颗粒边缘呈现的暗黑色轮廓线 边缘 贝壳线：矿物边缘附近的一条比较明亮的细线 贝壳线 糙面：矿片中某些矿物表面呈现的粗糙或麻点状 糙面
非均质体矿物不一定都有偏光色，但有偏光色的矿物一定是非均质 体。
（6）反射贝克线
由不同硬度的矿相边界面上的倾斜反射光形成的亮线称 为反射贝克线。提升镜筒，亮线移向软矿物。
利用反射贝克线很易区别碱性耐材中较硬的M2S和较软的CMS、较 硬的铁酸镁型固溶体和较软的铁酸二钙；区别较硬的刚玉和较软的莫来 石。
小
二轴晶光率体： 形状：三轴椭球体 主切面：5种
结
∥AP切面；⊥Bxa切面； ⊥Bxo切面； ⊥OA切面
； 斜交切面（可进一步分为半任意和任意∥AP 切面上）； Bxa＝Ng ＝ Bxa＝Np ＝ 或 或 Ng－Nm > Nm－Np Ng－Nm < Nm－Np （＋ （
颜色—矿物在薄片中呈现的颜色，由是矿物对白光中各 颜色 由是矿物对白光中各 色光波的选择性吸收的结果。 色光波的选择性吸收 多色性—由于光波的振动方向不同，而使非均质体矿片 多色性 颜色发生改变的现象； 颜色发生改变 吸收性—由于光波的振动方向不同，而使非均质体矿片 吸收性 颜色深浅发生改变的现象。 颜色深浅发生改变
均质体光率体：形状：圆球体
主切面：圆切面
一轴晶光率体：形状：旋转椭球体
主切面： ⊥OA切面；∥OA切面；斜交OA切面 光性正负： Ne > No （＋） Ne < No （－）
以及主切面对应的双折率大小。
思考题
1. 为什么晶体的折射率与光波在晶体中的振动方向有关？ 2. 什么叫光率体的主切面？ 3. 当入射光波为偏光，而且其振动方向平行于（与入射方向垂 直的） 光率体椭圆切面半径之一时，光波进入晶体后的情 况如何？如果入射偏光的振动方向与光率体切面半径斜 交，光波进入晶体后的情况又将如何？ 4. 作出四方晶系矿物⊥Z 晶轴和∥Z 晶轴切片上对应的光率 体切面。 5. 莫来石是斜方晶系矿物，测得其各晶轴对应的折射率分 别为： ∥X ：N＝1.642；∥Y ：N＝1.644； ∥Z ：N＝ 1.654。试作出莫来石的光率体。
2.2 材料显微组成与结构的定性观察
由于光片制备相对简单，且试样的原结构在光片制备 过程中不易受到破坏，因此，材料的显微结构分析比较适 宜在反光显微镜下进行。——定性观察：
组成矿物的形态、晶/颗粒大小、数量及分布 孔隙的形态、大小、数量及分布
这些是光学显微分析的主要内容，在透射和反射光下均可进行观测。 只是由于材料光片的制备较薄片简单、材料结构在制片过程中不易破坏、 对于岩相组成和粒/孔径分布测定光片的代表性更好等等，所以，除非需要 对材料中的矿物进行光性鉴定、或矿物某些必须观察的光学特征在透光下 更明显等，否则，材料的光学显微分析多在反光下进行。
几个重要的基本概念（1）
光学各向同性： 光学各向同性 晶体的折射率不随光波振动方向不同而异的性质。 光性均质体 均质体： 均质体 具有光学各向同性的晶体。如：等轴晶系矿物和非晶态 矿物。 光学各向异性： 光学各向异性 晶体的折射率随光波振动方向不同而异的性质。 光性非均质体 非均质体： 非均质体 具有光学各向异性的晶体。如：中级晶族和低级晶族矿 物.
2.3 材料岩相组成的定量分析 目估法
一种岩相组成的半定量方法。根据各岩相组 分在镜下视域中的形态、大小和分布，估计出它 们所占的面积百分比。
2.4 反光显微镜下的蚀象技术
用一定的化学试剂对光片抛光面进行处理，使由 于抛光作用形成于光片表面的极薄的均质性变质层溶解， 从而使材料的显微结构真实而清晰地显露出来；此外， 由于侵蚀可使某种矿物呈现特殊的颜色，因而可作为矿 物的鉴定手段。
人为构造出的，并不真实存在； 用来反映光射入晶体（光与晶体相互作用）后晶体光性的变化规律， 这是通过正确建立晶体与光率体之间关系（光性方位）后实现的。
2.1 反光显微镜下矿物的部分光性 （1） 反射力与反射率
反射力——矿物的结晶面或抛光面对光线的反射能力。
显微镜下表现为矿物抛光面的明亮程度：灰度。 （不透明矿物属吸收性介质：仅存在吸收和反射而无透射）
（1） 单偏光下： （2） 正交偏光下： （3） 锥光下：
矿物的光性鉴定步骤
2. 材料的显微组成和结构分析（岩相分析，微米尺度）：
多在反光下进行（光片易于磨制及材料原结构易于保持）。 内容主要为：矿物和孔隙的形态、大小、数量（半定量） 及分布。
试述光学显微分析的基本原理和功能， 试述光学显微分析的基本原理和功能，并举例说明 其在无机非金属材料生产与研究中的应用。 其在无机非金属材料生产与研究中的应用。
（3）由于试样的原结构在光片制备过程中不易受到破坏， 由于试样的原结构在光片制备过程中不易受到破坏， 所以， 宜在反光下进行。 所以，显微结构分析和定量分析宜在反光下进行。
透射光下：薄片；
光线垂直矿片下表面入射并透出矿片； 主要用作矿物的光性鉴定，也可进行显微观察。 理论：《晶体光学》
反射光下：光片；
光性正负：
－）
晶体光学基础小结
1.光的折射与晶体的折射率
现象、本质、相互关系及影响因素（质点的种类与排列方式）。 2.光率体的定义及意义 . 定义：用来表示晶体中任意一点处光的振动方向与相应折射率之间关 系的光性示性体。 意义：通过光波振动方向与相应折射率之间的关系将光波在晶体中的传 播与晶体的光性联系起来，使对晶体光性的研究可以用光率体描 述。 3. 各类晶体对应的光率体形状、主切面（包括切面名称、形状、半 径/轴名、双折率）及光性正负。 4.光性方位 矿物结晶轴与光率体主轴之间的关系（一轴晶和二轴晶矿物）
思 考 题
1. 作出二轴晶光率体的主切面。 2. 何谓矿物的光性方位？矿物的光性方位有何实际意义？ 3.设普通角闪石Ng=1.701，Nm=1.691，Np=1.665，Nm=Y, Ng∧Z=30°,β=106°。确定普通角闪石的光性符号，作 出各主轴面上的光性方位图。
光率体和光性方位的意义
光率体
的颜色称为反射色，也称为表色。 如：黄铁矿呈浅黄色，磁铁矿则呈淡黄红色。
反射率多色性：非均质体矿物的反射色色调和浓度（深浅） 随测定方向的不同而变化的性质称为反射多色性。
（无色的矿物可发生灰度的变化，但严格地说其不属于反射多色性）
（3） 内反射
入射光照射到矿片上，部分光线可能进入矿物内部，并 从其到达的不同介质的分界面处（解理、裂隙、空洞、包裹 体等等）被反射回来，此现象称为内反射。
1.3.1 单偏光下晶体的主要光学性质
矿物在单偏光镜下的主要光性有：
• 晶形与解理
与矿物的结晶习性有关的特征
• 颜色与多色性
颜色：与矿物对白光中各色光的选择性吸收有关。 多色性：还与矿片的双折率有关。
• 边缘、贝壳线、糙面、突起和闪突起
与矿物自身折射率、双折率及其与树脂折射率 之差有关的特征。
(2) 薄片中矿物的颜色和多色性
2
反射偏光显微分析
指借助反光显微镜对材料光片进行岩相分析。
特点： 特点
（1）不透明矿物的光性鉴定技术。但反光下矿物的光性特 不透明矿物的光性鉴定技术。 征远没有在透光下丰富； 征远没有在透光下丰富； 测定、 （2）特殊的鉴定技术，如：反射率和显微硬度测定、 特殊的鉴定技术，
蚀象技术等等； 染色和蚀象技术等等；
经内反射的光可能是白光，也可能带有颜色 称为内反射色， 也称为体色。
（4）非均质效应
由于物镜或多或少的聚敛作用使均质体在正交反射偏光 下呈现暗淡亮光且旋转不变的现象。
（5） 偏光色效应
非均质体矿物使反射偏光发生变化，旋转物台，透出上 偏光镜的光线亮度发生规律的明暗变化，有些矿物还有颜色 的变化（此称为偏光色）的现象称为偏光色效应。
Ng、Nm和Np表示，即：
Ng > Nm > Np
有关二轴晶光率体的的几个概念（2）
光轴面 包含两根光轴的光率体切面，即NgNp主轴面，用 AP表示； 锐角，用2V表示； 光轴角 两光轴所夹锐角 锐角 Bxa 两光轴所夹锐角（即光轴角）的角平分线； 锐角 即光轴角） Bxo 两光轴所夹钝角 钝角的角平分线，显然有Bxa⊥Bxo。 钝角 ⊥
1.2.2 岩矿制片基本步骤
薄片的制作步骤 切片：20×15×3mm左右、 粗磨：用较粗磨料将矿片一面磨平； 细磨：用较细磨料逐级将此面磨光； 粘片：用环氧树脂将磨光面粘在玻片上； 重复上述粗磨、细磨，将矿片的另一面磨
薄、磨光至0.03mm； 盖片：在此磨光面上粘上盖玻片。
光片的制作步骤 前三步骤与薄片相同；注意切片厚度约为10mm 抛光：用抛光膏将磨光面在抛光机上抛光。
不同矿物的折射率是不同的；同一矿物的折射率也将随其结构对称程度不同 而变化，即在矿物的不同结构方向上对应着不同的折射率。 光在晶体中的传播特点取决于晶体中质点的种类（性质）和排列。 本质在于矿物的折射率和光在晶体中的传播特点是光与矿物作用的结果。
小
结
光率体：用来表示晶体中任意一点处光的振动方向与
相应折射率之间关系的光性示性体。
光学显微分析小结 1. 矿物的光性鉴定：
主要是透明矿物鉴定：理论为“晶体光学”，通过 矿片在偏光显微镜下呈现的光学现象差异将其识别出来。
反光下可通过矿物的形态、灰度（反射能力）及一些特殊的技术（显微 硬度、染色等）对矿物进行识别。
晶体光学基础
光在晶体中的传播 光率体 光性方位
矿物薄片在偏光显微镜下的主要光性
多色性和吸收性是与双折射有关的性质，所以，是通过旋转物 台观测的。如： 电气石：No=深蓝色，Ne=浅紫色； No>Ne 角闪石：Ng=深蓝/绿色，Nm=绿色，Np=浅黄绿色； Ng>Nm>Np
(3) 薄片中矿物的边缘、贝壳线、糙面和突起 边缘：矿物晶粒或颗粒边缘呈现的暗黑色轮廓线 边缘 贝壳线：矿物边缘附近的一条比较明亮的细线 贝壳线 糙面：矿片中某些矿物表面呈现的粗糙或麻点状 糙面
非均质体矿物不一定都有偏光色，但有偏光色的矿物一定是非均质 体。
（6）反射贝克线
由不同硬度的矿相边界面上的倾斜反射光形成的亮线称 为反射贝克线。提升镜筒，亮线移向软矿物。
利用反射贝克线很易区别碱性耐材中较硬的M2S和较软的CMS、较 硬的铁酸镁型固溶体和较软的铁酸二钙；区别较硬的刚玉和较软的莫来 石。
小
二轴晶光率体： 形状：三轴椭球体 主切面：5种
结
∥AP切面；⊥Bxa切面； ⊥Bxo切面； ⊥OA切面
； 斜交切面（可进一步分为半任意和任意∥AP 切面上）； Bxa＝Ng ＝ Bxa＝Np ＝ 或 或 Ng－Nm > Nm－Np Ng－Nm < Nm－Np （＋ （
颜色—矿物在薄片中呈现的颜色，由是矿物对白光中各 颜色 由是矿物对白光中各 色光波的选择性吸收的结果。 色光波的选择性吸收 多色性—由于光波的振动方向不同，而使非均质体矿片 多色性 颜色发生改变的现象； 颜色发生改变 吸收性—由于光波的振动方向不同，而使非均质体矿片 吸收性 颜色深浅发生改变的现象。 颜色深浅发生改变
均质体光率体：形状：圆球体
主切面：圆切面
一轴晶光率体：形状：旋转椭球体
主切面： ⊥OA切面；∥OA切面；斜交OA切面 光性正负： Ne > No （＋） Ne < No （－）
以及主切面对应的双折率大小。
思考题
1. 为什么晶体的折射率与光波在晶体中的振动方向有关？ 2. 什么叫光率体的主切面？ 3. 当入射光波为偏光，而且其振动方向平行于（与入射方向垂 直的） 光率体椭圆切面半径之一时，光波进入晶体后的情 况如何？如果入射偏光的振动方向与光率体切面半径斜 交，光波进入晶体后的情况又将如何？ 4. 作出四方晶系矿物⊥Z 晶轴和∥Z 晶轴切片上对应的光率 体切面。 5. 莫来石是斜方晶系矿物，测得其各晶轴对应的折射率分 别为： ∥X ：N＝1.642；∥Y ：N＝1.644； ∥Z ：N＝ 1.654。试作出莫来石的光率体。
2.2 材料显微组成与结构的定性观察
由于光片制备相对简单，且试样的原结构在光片制备 过程中不易受到破坏，因此，材料的显微结构分析比较适 宜在反光显微镜下进行。——定性观察：
组成矿物的形态、晶/颗粒大小、数量及分布 孔隙的形态、大小、数量及分布
这些是光学显微分析的主要内容，在透射和反射光下均可进行观测。 只是由于材料光片的制备较薄片简单、材料结构在制片过程中不易破坏、 对于岩相组成和粒/孔径分布测定光片的代表性更好等等，所以，除非需要 对材料中的矿物进行光性鉴定、或矿物某些必须观察的光学特征在透光下 更明显等，否则，材料的光学显微分析多在反光下进行。
几个重要的基本概念（1）
光学各向同性： 光学各向同性 晶体的折射率不随光波振动方向不同而异的性质。 光性均质体 均质体： 均质体 具有光学各向同性的晶体。如：等轴晶系矿物和非晶态 矿物。 光学各向异性： 光学各向异性 晶体的折射率随光波振动方向不同而异的性质。 光性非均质体 非均质体： 非均质体 具有光学各向异性的晶体。如：中级晶族和低级晶族矿 物.
2.3 材料岩相组成的定量分析 目估法
一种岩相组成的半定量方法。根据各岩相组 分在镜下视域中的形态、大小和分布，估计出它 们所占的面积百分比。
2.4 反光显微镜下的蚀象技术
用一定的化学试剂对光片抛光面进行处理，使由 于抛光作用形成于光片表面的极薄的均质性变质层溶解， 从而使材料的显微结构真实而清晰地显露出来；此外， 由于侵蚀可使某种矿物呈现特殊的颜色，因而可作为矿 物的鉴定手段。
人为构造出的，并不真实存在； 用来反映光射入晶体（光与晶体相互作用）后晶体光性的变化规律， 这是通过正确建立晶体与光率体之间关系（光性方位）后实现的。