晶体光学基础
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。
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
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
02晶体光学基础(二)
如果Ne、No随入射光波波长改 变的变化幅度不相同；可能有两种 情况。当Ne、No随入射光波波长增 大而变化幅度减小时，Ne、No色散 曲线之间的间距向波长增大方向变 小(图B)。各单色光光率体的Ne轴 与No轴长短差距变小，其双折率随 入射光波波长增大而减小。 当Ne、No随入射光波波长增大 而变化幅度增大时，Ne、No色散曲 线之间的间距向波长增大方向加大 (图C)。各单色光光率体的Ne轴与 No轴长短差距变大，其双折率随入 射光波波长增大而增大。在这两种 情况中，各单色光的光率体不仅大 小不同，而且旋转椭球体的长短轴 之比发生改变。
现以斜方晶系矿物镁橄榄石 为例说明二轴晶光率体的构成。 当光波沿镁橄榄石z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X晶轴，测得相应的折射率值等 于1.715；另一种偏光振动方向平 行Y晶轴，测得相应的折射率值等 于1.651。在x晶轴方向上，由中 心向两边按比例截取折射率值 1.715，在y晶轴方向上，由中心 向两边按比例截取折射率值1.651； 以此二线段为长短半径构成垂直 入射光波(垂直z晶轴)的椭圆切面。
当 Ng-Nm ＜ Nm-Np 时 ， 为负光性。此时， Nm 值比 较接近 Ng 值，以 Nm 为半径， 在 Ng 轴与 Np 轴之间所作的 两个圆切面，必定更靠近 Ng 轴；而垂直两个圆切面 的两个光轴必更靠近 Np 轴。 因此，两个光轴之间的锐 角等分线必为Np轴。 由上述情况可知，二 轴晶矿物的光性符号也可 根据BXa是Ng轴还是Np轴确 定。当Bxa＝Ng时，为正光 性；Bxa＝Np时，为负光性。
2、低级晶族晶体的光性方位 低级晶族晶体(二轴晶)的 光率体为三轴椭球体，具有三 个互相垂直的三次对称轴(主 轴)，三个对称面(主轴面)和一 个对称中心。其对称要素与斜 方晶系晶体的对称要素(3L23PC) 相同。因此，斜方晶系晶体的 光性方位是：光率体的三个主 轴与晶体的三个结晶轴一致。 究竟是哪一个主轴与哪一个晶 轴一致，因矿物不同而不同， 如黄玉是Np＝X，Nm＝Y，Ng＝Z。
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。