第五章锥光(一轴晶)
第五章 光在晶体中的传播
方解石晶体的光轴（方向）
Z
0
102 102 78
0
0
光轴
磨 抛光
0
102 78
0
78
0
Z’
晶体的光学分类
按几何结构来分类: 立方晶系 三方、四方、六方晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系 • • • • 按光学性质来分类: 光学各向同性晶体 单轴晶体 双轴晶体
四.晶体的主截面
当光线入射晶体时，晶体入射表面法线和 晶体光轴构成的平面叫做晶体的主截面，主截
o光和e光全反射临界角为: nc nc sin ico ,sin ice , no ne
ne<no
自然光
线偏振光
ice ico
ico ice ,
对一定波长的光，选择和nc，使
则o光全反射，e光透射。出射线偏振光。可得到两束振动方 向相互垂直的线偏振光。 优点： （1）光波垂直端面入射，垂直端面出射，光强反射损失小； （2）出、入射光基本在同一直线上 （3）可作为偏振分束器
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时，
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
II
I
I中的o光变为 II中的e光，折射率 no→ne，由密到疏，远离法
晶体光学复习资料
晶体光学复习资料第一章1、为什么一轴晶光率体所有椭圆切面上都有No？二轴晶光率体任意切面上是否都有Nm？在哪些切面上才有Nm？答：一轴晶光率体是以Ne轴为旋转轴的旋转椭球体，所有斜交光轴的切面都与圆切面相交，因此，所有斜交光轴的椭圆切面的长、短半径中必有一个是主轴No。
否。
垂直光轴OA切面垂直锐角等分线Bxa切面垂直钝角等分线Bxo 切面垂直光轴面NgNp的斜交切面4、画出一轴晶正光性光率体和一轴晶负光性光率体垂直OA、平行OA、斜交OA切面的形态，指出各切面的双折射率。
5、画出二轴晶光率体垂直OA、垂直Bxa、垂直Bxo、平行OAP切面的形态，指出各切面的双折射率，并在二轴负晶平行OAP切面上标出全部光率体要素。
6、一轴晶正光性光率体放倒了是否能成为负光性光率体？反之，一轴负光性光率体竖直了是否能成为正光性光率体？为什么？不能。
一轴晶光率体的光轴与结晶轴c轴方向一致，正、负光率体的倒放的同时改变了其光轴方向，所以错误。
第三章2、为什么镜下能看到晶体的轮廓？为什么有的矿物边缘明显，有的矿物轮廓看不清楚？(1)矿物的边缘圈闭了矿物的范围，使矿物切面的轮廓在显微镜下显示出来。
(2)薄片中矿物边缘的明显程度取决于矿物折射率与树胶折射率的差值。
差值越大，边缘越粗黑，形态越明显；差值越小，边缘越淡细，轮廓模糊不清。
10、什么是闪突起？什么样的矿物具有闪突起？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？(P56 \\57)闪突起是旋转物台时，矿物切面的突起时高时低，发生闪动变化。
只有那些最大双折率较大，而且最大最小折射率分别属于两个不同等级的折射率范围的矿物才有可能有闪突起。
不是垂直光轴切面无闪突起，平行OA或平行OAP的切面闪突起最明显。
12、合成金红石No=，Ne=，问平行OA切面能否见到闪突起？为什么？不能，金红石的双折率虽然很大，但是其最大最小折射率属于同一突起等级的折射率范围，故没有明显的等级差别，故不会出线闪突起14、解理纹的可见度与哪些因素有关？(P57)矿物的解理性质矿物的切面方向N矿与N胶的差值15、辉石和斜长石都有两组完全解理，在薄片中为什么辉石的解理纹容易看到，而斜长石的解理纹却难见到？(P58) 辉石的α临大于斜长石的α临。
第五章光的偏振晶体内o光和e光
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
理学光学第五章
16
在经过 n 片平行透明介质片，2n 次折射后：
平行分量的振幅 垂直分量的振幅
A(2n) p2
Ap1
A(2n) s2
As1si2n n2i2
n
值很大时，
A(2n) s2
0，自然光入射到透明介质堆上
时，透射光几乎是线偏振光，它的电矢量平行于入射面。
17
§5-3 光通过单轴晶体时的双折射现象
★ 双折射现象 晶体内原子按一定规律排列，使晶体在不同方向上结
构不同、性质不同。对光而言，即光在晶体中的传播表现 出各向异性，从而产生双折射现象。
一束自然光入射到各向异性的媒质中分成两束线偏振 的折射光的现象称为双折射。
18
寻常光（o光）：遵从 折射定律，
n1siinnosiino
非常光（e光）：一般 不遵从折射定律，
sini const sinie 注 意：“寻常”、“非常”仅仅是指光在折射时是否符合折 射定律，反映光在晶体内沿各个方向的传播速度不同， 出晶体以后，就没有o光，e光之分了。
Ap1、As1，反射光振幅 Ap1、As1 Ap1tai1 ni(2)A s1coi1si(2) A s1 Ap1 tai1 ni(2) A s1 coi1si(2) A s 1
11
部分偏振光：彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向 上振幅不同的大量光振动的组合。可分解为两束振动方向相互 垂直、不等幅、不相干的线偏振光。
9
例2：一束光是由线偏振光和自然光混合组成，当通过一理 想偏振片时发现透射光的光强随着偏振化方向旋转而 发生5倍的变化。求这束光中两光各占几分之几？
解：设线偏振光光强为I1，自然光光强为I2。
由题意： Imax5Imin I2/2I15I2/2
06锥光系统二轴晶(2学时)
第五章.锥光系统下晶体的光学性质
第三节. 二轴晶干涉图
五.垂直钝角等分线(Bxo)切面干涉图
第三节. 二轴晶干涉图
二. 垂直一个光轴切面的干涉图
1.干涉图特点：
相当于垂直Bxa干涉图的一半.光轴出露点位于视域 中心.随着物台的转动,干涉图变化特点如下:
(1).在0º位置时,光轴与上下偏光振动方向平行，出现一条直的黑 臂及卵形干涉色环，黑臂最细的地方为光轴出露点. (2).转动物台黑臂逐渐发生弯曲. (3).至45º位置时，黑臂弯曲最大.黑臂弯曲的顶点位于视域中 心，为光轴的出露点，凸向Bxa的出露方位. (4).当物台转动角度大于 45º时,黑臂又渐趋平直，到90º时，黑 臂完全恢复平直，只是方向恰与最初位置正交。继续转动物台上 述变化重复出现。
当光轴与上下偏光振动方向之一平行时视域中心也是一个两条黑臂粗细不等的黑十字只是黑十字显得更大而模nm轴的方向较细的一条黑臂为光轴面迹线的方向光轴出露点不在视域之内
第五章.锥光系统下晶体的光学性质
第三节. 二轴晶干涉图
主要切片类型：
1. 垂直锐角等分线切面干涉图 ※ 2. 垂直光轴切面干涉图(常用)
3. 斜交光轴切面干涉图 4. 垂直钝角等分线切面干涉图
锐角区
Nm Nm Nm
Np′ 光轴面迹线
Nm Nm
Ng/ Nm
Nm
Nm Np′Nm Ng/
Ng
Bxa 光轴
Bxo
Nm
锐角区
Nm
第6章 锥光镜下的晶体光学性质(4)
提示：一轴晶平行光轴切面闪图与二轴 晶⊥Bxa切面、平行AP切面干涉图难于 区分，因此一般不进行光性符号确定。 但是可以寻择光轴切面方向测定Ne和 No的颜色等。
第三节 二轴晶干涉图及光性正负的测定 二轴晶特点：
2个OA 3个N (Ng>Ng`Nm>Np`>Np) 形状为三轴不等椭球体 光学法线（Nm） 两个角平分线(Bxa,Bxo) Bxa=Ng (+) Bxa=Np(-) 切面方向多（主轴面、光轴面）
垂直一个光轴(⊥OA)切面的干涉图
(3) 90°位置：转动载物台至90°时，黑带又成一个直的黑 带，但其方向已改变90°，如有色圈也跟着转动，但形状 不变。 (4) 135°位置：黑带由直再度弯曲，且弯曲度最大。转动载 物台过程中，光轴出露点始终位于视域中心。
垂直一个光轴(⊥OA)切面的干涉图———— 相当于⊥Bxa干涉图的一半
Positive(+) Optic Sign
双折率N—高的
光性符号的测定
LOW BIREFRINGENCE HIGH BIREFRINGENCE
加入石膏试板
A
P
P
Rot 1 Plate
A
Negative(-) Optic Sign
Negative(-) Optic Sign
双折率N—低的
双折率N—高的
(3) 在90位置
旋转物台至90位置时， 干涉图同0位置一致，只 是方向差90。
1. 图像特点汇总
0位置 45位置 90位置
有色圈
无色圈
2. 成因
（1）二轴晶⊥Bxa切面的波向图
特点：
2个光轴出露点 1个Bxa出露点 与AP垂直的是Nm
《晶体光学》重点内容
《晶体光学》重点内容《晶体光学》重点内容1、可见光定义、波长范围及白光（名词解释）眼睛可以直接看见的一部分电磁波称为可见光，波长大致为390-770nm，白光是各种频率不同的单色光按一定比例组成的混合光。
2、自然光和偏振光（名词解释）直接自光源发出的光都是自然光，自然光是由无数个振动方向各异的光波复合而成，即在垂直自然光传播方向的平面内，各个方向上都有相等振幅的光波振动。
在垂直传播方向的某一固定方向上振动的光波，称为平面偏振光，简称偏光。
3、光的折射与全反射（名词解释）光从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象叫光的折射。
光从光密介质射向光疏介质，当入射角大于某一角度时，光在分界面上全部反射回原来介质的现象叫做全反射。
4、折射率定义、公式及折射率值的意义（名词解释）光在空气中的速度与在介质中的速度之比称为折射率。
5、均质体和非均质体定义及双折射（名词解释）高级晶族矿物晶体的光学性质各个方向相同，称为均质体矿物。
中级晶族和低级晶族矿物的光学性质随方向而异，称为非均质体矿物。
6、一轴晶和二轴晶定义及其特征（名词解释）非均质体矿物中，中级晶族矿物被称为一轴晶，低级晶族矿物被称为二轴晶，一轴晶平行高次对称轴方向光不发生双折射，二轴晶两个光轴在Ng、Np面内，且对称的位于Ng或Np两侧。
7、光率体定义（名词解释）光率体是表示光波在晶体中各个振动方向上折射率和双折射率变化规律的一个立体几何图形。
8、常光和非常光定义（名词解释）光在一轴晶中发生双折射，一束偏光的传播速度不随入射方向的改变而改变，即它的折射率为常数，这束偏光称为常光，以No表示。
另一束偏光的传播速度随入射方向的改变而改变，即它的折射率为变数，这一束偏光称为非常光，以Ne‘表示。
9、一轴晶光率体的光性符号及主要切面和特征Ne、No。
垂直光轴园切面（得儿它N=0）、平行光轴椭圆切面（德尔塔=Nmax）、斜交光轴椭圆切面。
10、二轴晶光率体主折射率、主轴、主轴面a。
高中物理 第五章光的偏振
§5.1 自然光与偏振光1．两个理想、正交的偏振片A 、B 之间加入一理想的偏振片C ，且C 以角速度ω旋转，强度为I 0的单色自然光垂直入射到偏振片A 上，试求偏振片B 后的出射光强．解 强度为 的自然光，经过理想偏振片Ａ后，变为强度为 的线偏振光，题中给出偏振片Ｃ透振方向与Ａ透振方的夹角为ωt ，与Ｂ透振方向的夹角为（2 —ωt ）．由马吕斯定律，Ｂ后线偏振光的强度为出射光强与偏振片Ｃ透振方向的方位有关．当时，出射光强为零；当 时，出射光强最大，为 ．§5.2 平面偏振光与部分偏振光 1．将两块理想的偏振片P 1和P 2共轴放置如例5-1图．然后用强度为I 1的自然光和强度为I 2的平面偏振光同时垂直入射到偏振片P 1上，从P 1透射后又入射到偏振片P 2上，试问：(1)P 1放置不动，将P 2以光线方向为轴转动一周，从系统透射出来的光强如何变化？(2)欲使从系统透射出来的光强最大，应如何设置P 1和P 2？解： (1)已知入射的自然光强度为I 1，平面偏振光的强度为I 2，设入射时平面偏振光的振动面与P 1的透振方向的夹角为，P 1和P 2的透振方向之间夹角为 ，则从系统透射出来的光强为要使P2以光线方向为轴转动—周，将连续地改变，光强就按上式从极大变到极小，又从极小变到极大作周期性的变化．当时，光强为极大当时，光强为零．(2)由(1)得到的可知，只有当或，同时，通过系统的光强最大。
因此，在实验步骤上应先固定P1、转动P2使透射光强达到一最大值．表明已调到或；再让P1和P2同步旋转，使透射光强再度达最大值时，表明已调到，此时因同时满足了（或）和，所以通过系统的光强最大．2．通过偏振片观察—束部分偏振光．当偏振片由对应光强最大的位置转过时，其光强减为一半．试求这束部分偏振光中的自然光和平面偏振光的强度之比以及光束的偏振度。
解：部分偏振光相当于一自然光和一平面偏振光强度的叠加．设自然光的强度为，平面偏振光的强度为，部分偏振光的强度为．当偏振片对应于最大强度位置时，通过偏振片的平面偏振光的强度仍为，而自然光的强度为，即透过的总光强为再转过后，透射光的强度变为根据题意，，即整理后，得这说明入射的部分偏振光相当于强度相等的一自然光和一平面偏振光的叠加。
在偏光镜中间放个小小放大镜,观察漂亮图像之余,还有更大的用途!
在偏光镜中间放个小小放大镜,观察漂亮图像之余,还有更大的用途!珠宝知识255：珠宝考研考证篇（七十二）：锥光镜的使用偏光镜中其实还有一个非常重要的小部件，就是锥光镜，或者叫做干涉小球，它的本质实际上是一个小小的放大镜，会对光线起到一定的聚集作用，因此光线不再平行传播，而是变成形状为锥形，这就是“锥光镜”名称的由来。
此时借助结合消光与干涉效应的综合作用，会呈现一种特殊的图案，我们称之为干涉图，这就是“干涉小球”名称的由来。
干涉图的观察主要是用来观察光性非均质体单晶类宝石，因此在观察之前要确定宝石的光性特征，然后再结合锥光镜的观察，进一步的确定宝石的轴性特征。
一轴晶与二轴晶宝石的干涉图是不同的，下面我们进行一一介绍。
一轴晶干涉图一轴晶的干涉图为一个黑十字，黑十字的两条黑带宽度是相等的，中心为光轴的出露位置。
围绕黑十字的中心出现多圈的干涉色圈，并且越向外，干涉色的级序越高、色圈越密、黑带的边缘部分越宽，并且在旋转宝石的过程中，干涉图的图形是不会发生变化的。
在一轴晶干涉图中，有一个特例，那就是水晶，水晶具有旋光性，也就是说偏振光的振动方向是随着光线在水晶中的传播而发生规律性的旋转的，有些水晶为左旋，有些水晶为右旋，水晶的这种旋光性就会造成光线通过水晶的光轴方向之后，其振动方向并不是与上偏光片相互垂直的，因此水晶的干涉图的中间是亮的，我们称之为中空干涉图，或者叫做“牛眼干涉图”。
当水晶具有双晶的时候，尤其是一些紫水晶，双晶的单晶分别为左旋与右旋，最终导致干涉图的中心会呈现四叶螺旋桨状的黑带。
二、二轴晶宝石二轴晶的宝石具有两个光轴，因此干涉图相对较为复杂。
如果能够在一个视域中同时观察到两个光轴，此时观察到的干涉图称之为“双光轴干涉图”，其形态是由一个黑十字，再加一个倒八字“∞”组成的，黑十字的两个黑带的粗细是不相同的，这一点与一轴晶宝石不同，另外，倒八字“∞”两个圆圈的中心为两个光轴的出露位置，色圈围绕光轴分布，越向外，色圈越密，干涉色的级序越高。
第五章稀有宝石
第五章稀有宝石学习目标：了解稀有宝石的品种及其宝石学特征，掌握与相似于常见宝石之间的鉴别特征。
学习内容：稀有宝石品种的宝石学性质，如萤石、方钠石、堇青石、方柱石、磷灰石、赛黄晶、红柱石、透辉石、顽火辉石、锂辉石、柱晶石、硅铍石、黝帘石、符山石、硼铝镁石、蓝锥矿、榍石课时安排：理论8学时实践8学时自学16学时作业2次§1萤石§2方钠石§3方柱石§4堇青石§5磷灰石§6赛黄晶§7红柱石§8硅铍石§9柱晶石§10透辉石§11顽火辉石§12锂辉石§13坦桑石§14硼铝镁石§15符山石§16蓝锥矿§17榍石第一节萤石（Fluorite）一、基本性质1．化学成分氟化钙，CaF22．晶体结构立方晶系3．颜色萤石颜色丰富多彩，可有各种颜色产出，除红和黑色外的几乎所有颜色，颜色条带发育。
图5-1-1 图5-1-2 图5-1-3萤石的各种颜色紫色萤石中的生长色带4．结晶习性立方晶体（但由于完全并且易裂的解理，常呈解理八面体形态）。
具穿插双晶。
5．解理完全的八面体解理（四组）6．断口贝壳状7．硬度 48．比重 3.189．折射率 1.43410．光性各向同性10．光泽弱玻璃光泽11．透明度透明、半透明、不透明12．色散、极低（0.007）13．吸收光谱可显稀土元素线14．发光性 长波紫外光下发明亮的蓝白色荧光，短波下较弱。
15．包裹体 可含固相交二相和三相的包裹体。
二、鉴定要点：1．原石的鉴别：等轴晶系 晶体的形态为八面体、立方体或呈晶簇状产出，形态各异，紫色萤石可见生长条带。
由于存在四组完全解理，在大块的不规则状萤石中可打出完好的八面体晶形。
2．成品的鉴别：均质，单折射RI1.434、相对密度值中等SG3.18、紫外光下发荧光、解理发育，破口处可见阶梯状，由于硬度低，表面耐磨程度差，光泽弱及颜色生长条带为主要区分依据。