第四章中 锥光镜

1、第四节第四节 锥光镜下晶体的光学性质锥光镜下晶体的光学性质 o 锥光的装置及特点锥光的装置及特点 o 一轴晶各切面的干涉图一轴晶各切面的干涉图 切面的特点（复习，掌握）切面的特点（复习，掌握） 干涉图的特点（重点，掌握）干涉图的特点（重点，掌握） 干涉图的形成原因（难点，理解）干涉图的形成原因（难点，理解） 干涉图的应用（重点，掌握）干涉图的应用（重点，掌握） p 二轴晶干涉图的特点（了解）二轴晶干涉图的特点（了解） 一、锥光的装置及特点一、锥光的装置及特点 o 1、锥光的装置：锥光的装置：在正交偏光的基础上，加上在正交偏光的基础上，加上聚聚 光镜光镜，换上，换上高倍物镜高倍物镜，通常是通常是

2、40倍以上倍以上,推入推入勃勃 氏镜氏镜(或去掉目镜）。或去掉目镜）。 o 2、聚光镜的作用聚光镜的作用： 平行偏光变为锥形偏光。平行偏光变为锥形偏光。 o 3、高倍镜的作用：、高倍镜的作用： 接纳更大范围的入射光波接纳更大范围的入射光波 o 4、勃氏镜的作用：、勃氏镜的作用： 放大放大 o 5、锥光系统的适用范围：、锥光系统的适用范围： 非均质体非均质体 在聚敛偏光条件下可看到干涉图：在聚敛偏光条件下可看到干涉图： o 在聚敛偏光条件下可以确定矿物是均质体， 还是一轴晶或二轴晶，这一内容被称为确定确定 矿物的轴性矿物的轴性； o 确定非均质矿物的切片方位，测定矿物的光确定非均质矿物的切片方位

3、，测定矿物的光 性符号（性符号（+，-）； o 估测二轴晶的光轴角（估测二轴晶的光轴角（v） p锥光中除中心一条光线垂直入射外，其余各条光线都是倾斜锥光中除中心一条光线垂直入射外，其余各条光线都是倾斜 入射的，而且愈向外倾斜角度愈大，在薄片中穿过的距离愈入射的，而且愈向外倾斜角度愈大，在薄片中穿过的距离愈 长。长。 p锥形光束中的偏光无论如何倾斜，其振动方向仍与下偏光镜锥形光束中的偏光无论如何倾斜，其振动方向仍与下偏光镜 的振动方向的振动方向平行平行. . p非均质体光学性质随方向而异，不同方向入射的光波与它所非均质体光学性质随方向而异，不同方向入射的光波与它所 垂直的光率体椭圆不同，不同方向

4、入射的光波通过薄片后，垂直的光率体椭圆不同，不同方向入射的光波通过薄片后， 到达上偏光镜所产生的干涉效应也不同。到达上偏光镜所产生的干涉效应也不同。 p在上偏光镜中所能观察到的是偏光镜中在上偏光镜中所能观察到的是偏光镜中各方向各方向入射光波通过入射光波通过 矿片后到达上偏光镜所发生的消光与干涉现象的总和。它们矿片后到达上偏光镜所发生的消光与干涉现象的总和。它们 构成一些特殊图形，称为构成一些特殊图形，称为干涉图。干涉图。 锥光镜下干涉图特征锥光镜下干涉图特征 Ne Ne No 斜交光轴切面 二、一轴晶干涉图二、一轴晶干涉图 o 垂直光轴的切面干涉图垂直光轴的切面干涉图 o 斜交光轴的切面干涉图

5、斜交光轴的切面干涉图 o 平行光轴的切面干涉图平行光轴的切面干涉图 NO NO Ne 1.1.垂直光轴的切面干涉图垂直光轴的切面干涉图 o 切面特点：切面特点：光率体的切面为圆切面，正交偏光下光率体的切面为圆切面，正交偏光下 全消光（或干涉色最低）。全消光（或干涉色最低）。 o 锥光条件下干涉图的特点：锥光条件下干涉图的特点： 由于由于R=R=d(Ng-Npd(Ng-Np）, , 干涉图分为干涉图分为R R较小较小的晶体的晶体 和和R R较大较大的晶体两种。的晶体两种。 NO Ne R较小的晶体较小的晶体 o 一个位于视域中心的黑一个位于视域中心的黑 十字，十字， o 两臂与十字丝平行，转两臂

6、与十字丝平行，转 动物台，黑十字不动。动物台，黑十字不动。 黑十字将视域分为四个黑十字将视域分为四个 象限。象限。 o 干涉色为一级灰白。干涉色为一级灰白。 R较大的晶体较大的晶体 o 除黑十字外，除黑十字外， o 还具有以黑十字交点为中还具有以黑十字交点为中 心的同心干涉色环，由中心的同心干涉色环，由中 心向外越来越密，干涉色心向外越来越密，干涉色 级序越来越高，转动物台级序越来越高，转动物台 干涉图不变。干涉图不变。 干涉图的形成原因干涉图的形成原因消光干涉原理消光干涉原理 AA P P 干涉图的形成原因干涉图的形成原因消光干涉原理消光干涉原理 p 中心为光轴出露点，光率体椭圆中心为光轴出

7、露点，光率体椭圆 半径与上下偏光镜的振动方向一半径与上下偏光镜的振动方向一 致，因而呈现消光而构成十字形致，因而呈现消光而构成十字形 的消光影。的消光影。 o 被黑十字分割的四个象限，椭圆被黑十字分割的四个象限，椭圆 半径与上下偏光方向斜交而呈现半径与上下偏光方向斜交而呈现 干涉色。干涉色。 o 干涉图边缘双折射率比中心大，干涉图边缘双折射率比中心大， 光线透过薄片的厚度也比中心大，光线透过薄片的厚度也比中心大， 光程差增加，而干涉色升高。与光程差增加，而干涉色升高。与 光轴夹角相等的光线光程差相等，光轴夹角相等的光线光程差相等， 故干涉色成同心环状故干涉色成同心环状 o 由于是垂直光轴切面，

8、光率体椭由于是垂直光轴切面，光率体椭 圆半径分布为放射状对称分布，圆半径分布为放射状对称分布， 所以旋物台所以旋物台360，干涉图不变。，干涉图不变。 A A P P 一轴晶垂直光轴的切片的应用一轴晶垂直光轴的切片的应用 o 测定光性的正负测定光性的正负 o一轴晶一轴晶Ne为旋转轴，为旋转轴，No为水平轴为水平轴 o 判断切面方向和轴性判断切面方向和轴性 o石英石英一轴晶正光性 NeNo oNe=Ng No=Np o方解石方解石一轴晶负光性 NeNo oNe=Np No=Ng NeNe 已知一轴晶已知一轴晶Ne为旋转轴，为旋转轴，No为水平轴。为水平轴。 o在视域中，光率体椭圆的分布方位为：在

9、视域中，光率体椭圆的分布方位为： Ne是发散的方向，是发散的方向， No是切线的方向。是切线的方向。 o并且并且、和和、象限对称分布。象限对称分布。 A P P Ne Ne Ne Ne NeNe No No No No No No No No Ne No 测定光性的正负测定光性的正负 插入消光器时，干涉图上干涉色降低的两象限的连插入消光器时，干涉图上干涉色降低的两象限的连 线线 垂直垂直于消色器上的于消色器上的Ng时，矿物的光性符号为正；当时，矿物的光性符号为正；当 两象限连线两象限连线平行平行于试板的于试板的Ng时，矿物必为负光性。时，矿物必为负光性。 o 插入石膏试板后，插入石膏试板后，、

10、 象限干涉色由灰白变象限干涉色由灰白变 为为黄色黄色，对石膏试板而，对石膏试板而 言，干涉色降低。言，干涉色降低。 p 干涉色降低的两象限的干涉色降低的两象限的 连线连线平行平行于消色器上的于消色器上的 Ng ，为一轴晶的负光性。为一轴晶的负光性。 如果四个象限是一级灰白的干涉图，则选用石膏试板如果四个象限是一级灰白的干涉图，则选用石膏试板 如果干涉图中有同心色环，说明该晶体的干涉色较高，则选如果干涉图中有同心色环，说明该晶体的干涉色较高，则选 用云母试板或石英楔子。用云母试板或石英楔子。 o 插入云母试板：插入云母试板： o 色环内收，干涉色升高；色环内收，干涉色升高； o 色环外扩，干涉色

11、降低色环外扩，干涉色降低。 1 2 3 2 3 4 1 2 3 1 2 o 插入云母试板后，插入云母试板后，、 象限干涉色色环象限干涉色色环内收内收，干，干 涉色涉色升高升高， 、象限象限 色环外扩，干涉色减低。色环外扩，干涉色减低。 o 连接连接、象限连线，与象限连线，与 试板试板NgNg垂直，为一轴晶的垂直，为一轴晶的 正光性正光性。 o 插入云母试板后，插入云母试板后，、 象限干涉色色环象限干涉色色环外扩外扩，干，干 涉色涉色降低降低， 、象限象限 色环外扩，干涉色升高色环外扩，干涉色升高。 o 连接连接、象限连线，与象限连线，与 试板试板NgNg平行，平行，为为一轴晶的一轴晶的 负光性

12、。负光性。 判断切面方向和轴性判断切面方向和轴性 o 以上两种干涉图，旋转物台干涉图不变，即可判以上两种干涉图，旋转物台干涉图不变，即可判 定为定为一轴晶，垂直光轴的切面一轴晶，垂直光轴的切面干涉图。干涉图。 2.一轴晶斜交光轴的切面干涉图一轴晶斜交光轴的切面干涉图 o 1）切面特点：光率体的切面为椭圆切面，正交）切面特点：光率体的切面为椭圆切面，正交 偏光下干涉色介于最高和最低之间。偏光下干涉色介于最高和最低之间。 o 2）干涉图特点：不完整的黑十字和干涉色色环。）干涉图特点：不完整的黑十字和干涉色色环。 o 由于切面与光轴之间有由于切面与光轴之间有 一定的交角一定的交角，使视域使视域 中中

13、光轴的出露点光轴的出露点（黑十（黑十 字交点）不在视域的中字交点）不在视域的中 心，而有所偏移；转动心，而有所偏移；转动 物台，光轴的出露点物台，光轴的出露点 （黑十字交点）绕十字（黑十字交点）绕十字 丝中心转，而黑臂平移。丝中心转，而黑臂平移。 一轴晶斜交光轴的切面干涉图转动物台后的变化情况一轴晶斜交光轴的切面干涉图转动物台后的变化情况 0 90 180 270360 如果切面与光轴之间的交角如果切面与光轴之间的交角较大，则较大，则光轴的出露点光轴的出露点 （黑十字交点）在视域内；（黑十字交点）在视域内； 如果切面与光轴之间的交角如果切面与光轴之间的交角较小，则较小，则光轴的出露点光轴的出露

14、点（黑（黑 十字交点）在视域外，视域中只能看见单臂。十字交点）在视域外，视域中只能看见单臂。 转动物台，光轴出露点绕视域中心做圆周运动，转动物台，光轴出露点绕视域中心做圆周运动， 而黑臂则上下左右平移。而黑臂则上下左右平移。 如果晶体的干涉色较高（或薄片较厚），则同时具有如果晶体的干涉色较高（或薄片较厚），则同时具有 以以光轴出露点光轴出露点（黑十字交点）为中心的干涉色（黑十字交点）为中心的干涉色色环色环， 其他不变，转动物台色环随之转动。其他不变，转动物台色环随之转动。 如果斜交的角度较大，则光轴出露点在视域之外如果斜交的角度较大，则光轴出露点在视域之外 o 3）干涉图的形成原因：消光和干涉

15、原理。）干涉图的形成原因：消光和干涉原理。 o 4）应用：）应用：测定光性正负测定光性正负； 判断切面方向和轴性判断切面方向和轴性。 测定光性的正负测定光性的正负 o 1.当光轴的出露点在视域内时，当光轴的出露点在视域内时，方法同垂直方法同垂直 光轴的切面干涉图；光轴的切面干涉图； o 2.当光轴的出露点不当光轴的出露点不 在视域内时在视域内时，首先判断，首先判断 光轴出露点的位置，以确定视域内为哪个象光轴出露点的位置，以确定视域内为哪个象 限，再利用上述方法测定。限，再利用上述方法测定。 当光轴的出露点在视域内时，方法同垂直光轴的切面干涉图当光轴的出露点在视域内时，方法同垂直光轴的切面干涉图

16、 o 因为干涉图中没有色环，故选因为干涉图中没有色环，故选 用石膏试板。用石膏试板。 o 插入石膏试板后，插入石膏试板后， 、象限象限 变蓝，对石膏而言，干涉色升变蓝，对石膏而言，干涉色升 高，连接干涉色降低的两象限高，连接干涉色降低的两象限, 与试板与试板NgNg垂直，垂直，所以为一轴晶所以为一轴晶 的正光性。的正光性。 判断光轴出露点位置的方法：找顺端判断光轴出露点位置的方法：找顺端 o 顺端：顺时针转动物顺端：顺时针转动物 台时，顺时针移动的台时，顺时针移动的 一端。一端。 o 顺端的方位既是光轴顺端的方位既是光轴 出露点的方位，然后出露点的方位，然后 确定视域内为哪个象确定视域内为哪个

17、象 限，再利用上述方法限，再利用上述方法 测定。测定。 黑臂的移动规律黑臂的移动规律： 顺时针转动物台，顺时针转动物台， 黑臂下移，顺端在右；黑臂下移，顺端在右； 黑臂上移，顺端在左；黑臂上移，顺端在左； 黑臂左移，顺端在下；黑臂左移，顺端在下； 黑臂右移，顺端在上。黑臂右移，顺端在上。 因为干涉图中没有色环，故选用石膏试板。因为干涉图中没有色环，故选用石膏试板。 o 首先找出顺端：因为黑臂下移，首先找出顺端：因为黑臂下移， 顺端在右，所以视域中出现的顺端在右，所以视域中出现的 是是、象限，插入石膏试板象限，插入石膏试板 后，后， 象限变黄，对石膏而言，象限变黄，对石膏而言， 干涉色降低，异名

18、轴平行，又干涉色降低，异名轴平行，又 因为因为以黑十字交点为中心，以黑十字交点为中心，发发 散的方向为散的方向为Ne，切线的方向为切线的方向为 No， o 故故Ne=Ng,No=Np,所以为所以为 一轴晶的正光性。一轴晶的正光性。 因为干涉图中有色环，故选用云母试板因为干涉图中有色环，故选用云母试板。 o 因为干涉图中有色环，不用找因为干涉图中有色环，不用找 顺端。由色环方向可知，视域顺端。由色环方向可知，视域 中出现的是中出现的是、象限，插入象限，插入 云母试板后，云母试板后， 象限色环外扩，象限色环外扩， 干涉色降低，异名轴平行，又干涉色降低，异名轴平行，又 因为发散的方向为因为发散的方向

19、为Ne，切线的切线的 方向为方向为No，故故Ne=Np,No=Ng, 所以为一轴晶的负光性。所以为一轴晶的负光性。 判断切面方向和轴性判断切面方向和轴性 o 根据以上两种干涉图，旋转物台后的根据以上两种干涉图，旋转物台后的 变化规律即变化规律即 可判定为可判定为干涉图。干涉图。 o 注意：注意：该种干涉图，旋转物台后黑臂上下左右平该种干涉图，旋转物台后黑臂上下左右平 移，是一轴晶的明显特征。移，是一轴晶的明显特征。 o 另外，斜交光轴的干涉图，分为斜交角度较大和另外，斜交光轴的干涉图，分为斜交角度较大和 斜交角度较小两种。斜交角度较小两种。 3.平行光轴的切面干涉图平行光轴的切面干涉图 o 切

20、面特点：光率体的切面为椭圆，双折射率最大，切面特点：光率体的切面为椭圆，双折射率最大， 正交偏光镜下，干涉色最高。正交偏光镜下，干涉色最高。 o 干涉图的特点：一个瞬变干涉图（闪图）当光轴与干涉图的特点：一个瞬变干涉图（闪图）当光轴与 上下偏光的振动方向平行时，为粗大的黑十字，几上下偏光的振动方向平行时，为粗大的黑十字，几 乎占满整个视域，稍微转动物台，即沿光轴的方向乎占满整个视域，稍微转动物台，即沿光轴的方向 迅速逸出视域。迅速逸出视域。 一轴晶平行光轴的切面干涉图的形成原因一轴晶平行光轴的切面干涉图的形成原因 o 1.当轴性已知时，可以确定切面的方向。当轴性已知时，可以确定切面的方向。 o

21、 2.当轴性已知时，也可以测定光性的正负。当轴性已知时，也可以测定光性的正负。 o 方法：转动物台，黑十字逸出的方向是光轴的方方法：转动物台，黑十字逸出的方向是光轴的方 向，去掉锥光系统，在正交偏光下测定光轴的方向，去掉锥光系统，在正交偏光下测定光轴的方 向是向是Ng还是还是Np,即可知道光性。即可知道光性。 一轴晶平行光轴的切面干涉图的应用一轴晶平行光轴的切面干涉图的应用 OA切面切面Bxa切面切面 三、二轴晶干涉图三、二轴晶干涉图 AP切面切面Bxa切面切面 1、垂直光轴锐角平分线（、垂直光轴锐角平分线（Bxa）切面的干）切面的干 涉图涉图 A、形象特点形象特点 o 光轴面迹线与上下偏光之

22、一振动方向平行光轴面迹线与上下偏光之一振动方向平行 o 干涉图由一个黑十字及干涉图由一个黑十字及8字形干涉色圈组成。黑十字分字形干涉色圈组成。黑十字分 别平行于别平行于AA、PP， o 沿光轴方向黑臂较细，在两光轴出露点更细。垂直光轴沿光轴方向黑臂较细，在两光轴出露点更细。垂直光轴 面方向黑臂较粗，黑十字交点处为面方向黑臂较粗，黑十字交点处为Bxa出露点，位于出露点，位于 视域中心。视域中心。 o 转动载物台，黑十字从中心分裂形成两个弯曲的黑带，转动载物台，黑十字从中心分裂形成两个弯曲的黑带， 当光轴面与上下偏光镜振动方向成当光轴面与上下偏光镜振动方向成45夹角时，两个弯夹角时，两个弯 曲的黑

23、带顶点之间距离最远。曲的黑带顶点之间距离最远。 o 转动载物台转动载物台90时，弯曲黑带又合成黑十字，但其粗细时，弯曲黑带又合成黑十字，但其粗细 黑带已更换了位置。黑带已更换了位置。 Bxa q根据阿拜特弗伦涅尔（简称拜弗定理）根据阿拜特弗伦涅尔（简称拜弗定理） 解释：解释： q在二轴晶切面上任意一点的垂直与入射光在二轴晶切面上任意一点的垂直与入射光 的光率体椭圆半径必定是此点与二光轴出的光率体椭圆半径必定是此点与二光轴出 露点连线夹角的两角平分线方向露点连线夹角的两角平分线方向 q依拜弗定律，二轴晶垂直依拜弗定律，二轴晶垂直BxaBxa切面的光切面的光 率体半径分布率体半径分布 B B 形成

24、原因形成原因 p在在AA、PP方向，光率体半径与之平行或接近平行，尤其在方向，光率体半径与之平行或接近平行，尤其在Nm方向，光率体椭方向，光率体椭 圆半径的分布与圆半径的分布与AA、PP平行或接近平行的范围较宽，而显得平行或接近平行的范围较宽，而显得黑臂较粗黑臂较粗。 p旋转物台，中心部分的光率体椭圆首先改变方向，与旋转物台，中心部分的光率体椭圆首先改变方向，与AA、PP斜交，而变亮，斜交，而变亮， 黑十字从中间分裂。黑十字从中间分裂。 p当转动到当转动到45位置，只有弯曲黑臂所在的范围的光率体与上下偏光镜的位置，只有弯曲黑臂所在的范围的光率体与上下偏光镜的AA、 PP平行或接近平行，故消光为

25、弯曲黑臂，其他部分的椭圆半径与平行或接近平行，故消光为弯曲黑臂，其他部分的椭圆半径与AA、PP斜交，斜交， 因而出现干涉色。因而出现干涉色。 即确定即确定Bxa =Ng 正光性正光性 ； Bxa =Np 负光性负光性 无论光性是正还是负，双曲线总是凸向锐角平分无论光性是正还是负，双曲线总是凸向锐角平分 线，凹向钝角平分线线，凹向钝角平分线 无论钝角区还是锐角区，垂直光轴面迹线的方向无论钝角区还是锐角区，垂直光轴面迹线的方向 总是总是NmNm。 C C 光性测定光性测定 q 加入适当试板，根据锐角区或钝角区干涉色级加入适当试板，根据锐角区或钝角区干涉色级 序的变化便能确定光性正负序的变化便能确定

26、光性正负 插入消光器时，干涉图上干涉色降低的两象限插入消光器时，干涉图上干涉色降低的两象限 的连线的连线垂直垂直于消色器上的于消色器上的Ng时，矿物的光性符时，矿物的光性符 号为号为正正；当两象限连线；当两象限连线平行平行于试板的于试板的Ng时，矿时，矿 物必为负光性。物必为负光性。 d d二轴晶矿物光轴角二轴晶矿物光轴角 干涉图上测量矿物的光轴角干涉图上测量矿物的光轴角 在二轴晶上Bxa切片的 干涉图上，两个光轴出露点间的距离与矿物的光轴角 成正比，将干涉图转动至45位置，干涉图上双曲线 两顶点即为两光轴的出露点，用目镜微尺测量两光轴 出露点间距离为2D。 式中式中K为与物镜的透镜系统有关的

27、常数，称为马拉尔常数为与物镜的透镜系统有关的常数，称为马拉尔常数 2 2 垂直一个光轴切面的干涉图垂直一个光轴切面的干涉图 图像特点图像特点 图像特点相当于垂直锐角等分线图像特点相当于垂直锐角等分线(BxaBxa) )切面干涉图的切面干涉图的 一半。一半。 当光轴面迹线与上下偏光镜振动方向之一平行时，干涉当光轴面迹线与上下偏光镜振动方向之一平行时，干涉 图由一条直的黑带和卵形干涉色圈组成。图由一条直的黑带和卵形干涉色圈组成。 转动载物台，转动载物台，黑带发生弯曲，黑带发生弯曲，这是与一轴晶垂直光轴切这是与一轴晶垂直光轴切 面干涉图的区别之一。转动物台，黑臂弯曲，与面干涉图的区别之一。转动物台，

28、黑臂弯曲，与AAAA、 PPPP成成4545时，黑臂弯曲最大顶点为光轴出露点，位于时，黑臂弯曲最大顶点为光轴出露点，位于 视域中心凸向视域中心凸向BxaBxa，再转，再转4545，又变为一直黑臂，但为，又变为一直黑臂，但为 竖方向。竖方向。 二轴晶垂二轴晶垂 直一根光直一根光 轴切面干轴切面干 涉图的特涉图的特 征及其光征及其光 率体椭圆率体椭圆 半径分布、半径分布、 光性符号光性符号 测定测定 Bxa Bxa 3 3 斜交切面的干涉图斜交切面的干涉图 o 斜交Bxa的斜交切面干涉图 o 斜交光轴的斜交切面干涉图 o 垂直光轴面的斜交光轴切面干涉图 o 斜交光轴面的斜交光轴切面干涉图等 斜交B

29、xa的斜交切面干涉图(上)和斜交光轴的斜交切面干涉图(下)。 它们可用于确定轴性、切面方向和光性符号。 垂直光轴面的斜交光轴切面干涉图(箭头指向Bxa出露点)。也可用于确定 轴性、切面方向和光性符号。 斜交光轴面的斜交光轴切面干涉图(箭头指向Bxa出露点)。也可用于确定 轴性、切面方向和光性符号。 4、平行光轴面切面的干涉图、平行光轴面切面的干涉图 当当Bxa和和Bxo方向分别平行方向分别平行PP和和AA时，为时，为 一粗大模糊的黑十字，转动载物台，粗大模一粗大模糊的黑十字，转动载物台，粗大模 糊的黑十字分裂退出视域。由于这种方向切糊的黑十字分裂退出视域。由于这种方向切 面的干涉图与一轴晶相一致，不能用它确定面的干涉图与一轴晶相一致，不能用它确定 轴性，当轴性已知时，可用于确定切面方向。轴性，当轴性已知时，可用于确定切面方向。 二轴晶平行光轴切面的干涉图 干涉图应用小结：干涉图应用小结： o 在聚敛偏光条件下可以确定矿物是均质体， 还是一轴晶或二轴晶，这一内容被称为确定确定 矿物的轴性矿物的轴性； o 确定非均质矿物的切片方位，测定矿物的光确定非均质矿物的切片方位，测定矿物的光 性符号性符号； o 估测二轴晶的光轴角估测二轴晶的光轴角 1矿物的轴性和切片方位 o 在聚敛偏光下没有没有干