(1)晶体光学基础

1、晶体光学晶体光学及光性矿物学及光性矿物学 晶体光学概述晶体光学概述- 概念概念 目标目标 应用应用概念概念: : 晶体光学是研究可见光通过透明矿物晶体所产生的光学现象（颜色、折射、双折射、干涉等）及其规律的一门科学。目标目标: : 掌握偏光显微镜下研究、鉴定透明矿物的基本原理和基本方法；掌握常见矿物的鉴定特征.应用应用: : 岩石学、矿物学岩石学、矿物学；玻璃、陶瓷、冶金、医药、化工等生产和科研部门为什么要学习晶体光学为什么要学习晶体光学 ? ?晶体光学概述晶体光学概述- - 课程安排课程安排第一章晶体光学基础（2）第二章偏光显微镜（2）第三章单偏光镜下晶体的光学性质（6）第四章 正交偏光镜间

2、晶体的光学性质（6）第五章 锥光系统下一轴晶晶体的光学性质（4）第五章 锥光系统下二轴晶晶体的光学性质（4）第六章 透明矿物系统鉴定（2）常见透明矿物的系统鉴定（一） （4）常见透明矿物的系统鉴定（二） （4）常见透明矿物的系统鉴定（三） （4）未知矿物系统鉴定 （8）课程总结与讨论（2） 晶体光学概述晶体光学概述- - 参考书参考书1.康维国，梁万通，刘亚琴. 晶体光学. 长春: 东北师范大学出版社，1993 2.李德惠，晶体光学李德惠，晶体光学. . 北京北京: : 地质出版社，地质出版社，198419843.常丽华，陈曼云，金巍，等. 透明矿物薄片鉴定手册.北京: 地质出版社，2006

3、4. 常丽华，曹林，高福红. 火成岩鉴定手册. 北京: 地质出版社，20095. 陈曼云，金巍，郑常青，等. 变质岩鉴定手册. 北京: 地质出版社，2009 第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第一节第一节 光的基本性质光的基本性质第二节第二节 光在晶体中的传播光在晶体中的传播第三节第三节 光率体光率体第四节第四节 光性方位光性方位晶体光学晶体光学第一节第一节 光的基本性质光的基本性质一一. . 光具有光具有“波粒波粒”两相性两相性晶体光学主要利用的是光的波动理论.第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础可见光是电磁波谱中频率较高,波长范围较短(390770nm)的一个区段,由波长不同的七色光

4、组成.二二. .可见光可见光( (光波光波) )10-11101031051071091012101510-5波长（波长（n m）射线射线射线射线紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线短无线电波短无线电波广播波段广播波段长无线电波长无线电波可可见见光光放放大大红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫390（n m）430460500570590650770第一节第一节 光的基本性质光的基本性质自然光自然光: : 在垂直光波传播方向的断面内,光波作任意方向的振动，且振幅相等.偏振光偏振光：在垂直光波传播方向的断面内,光波只在某一固定方向上振动(只有一个振动面).自然光转化为偏振光的过程称偏振化偏振化. .四四

5、. .自然光和偏振光自然光和偏振光三三. .光波是一种横波光波是一种横波 光的传播方向与振动方向互相垂直. 晶体中许多光学现象都与光波是横波这一特征有关.自然光的传播和振动方向关系示意图自然光的传播和振动方向关系示意图A.光的传播方向垂直纸面光的传播方向垂直纸面 B.侧视图侧视图,长箭头代表光传播方向长箭头代表光传播方向振动面振动面偏振光的传播和振动方向关系示意图偏振光的传播和振动方向关系示意图五五. .光的折射及折射定律光的折射及折射定律第一节第一节 光的基本性质光的基本性质 光波的折射现象示意图光波的折射现象示意图第一节第一节 光的基本性质光的基本性质=N 1- -2= = Sin ASi

6、n IVAVININA= =( N )N N 1-21-2 : : 第二介质对第一介质的相对折射律.N N : : 介质的(绝对)折射律. 以 N 表示, N 1.注意注意: : 介质的折射律 N 是介质微观特征的宏观反映,是物质的固有属性之一, 因此,矿物的折射律是鉴定矿物的重要光学常数之一. 五五. .光的折射及折射定律光的折射及折射定律当光波从光密介质入射到光疏介质时，入射角 I I 总是小于折射角 A A , 当 A = 90 A = 90 0 0时I = I = , 此时入射角 称为全反射临界角全反射临界角.六六. . 全反射临界角与全反射全反射临界角与全反射根据根据当入射角 I I

7、 时, 折射光波不再进入折射介质而全部返回到入射介质, 这种能量的突变称为全反射全反射.第一节第一节 光的基本性质光的基本性质Sin ISin A=N AN I可知可知OAABCedcbBCDESTVR iiaaa临界角与全反射示意图临界角与全反射示意图六六. . 全反射临界角与全反射全反射临界角与全反射玻璃块玻璃块N=2.00空气空气n=1 光性均质体光性均质体 光性非均质体光性非均质体第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体中的传播特性特点特点: :光学性质各方向相同（各向同性）.包括包括: :等轴晶系矿物和非晶质物质.光波在均质体中的传播特点光波在均质体中的传播特点: : 光波的传播速

8、度不因振动方向振动方向不同而发生改变，即均质体的折射率不因光波在晶体中的振动方向振动方向不同而发生改变. 即均质体折射率值只有一个即均质体折射率值只有一个. .一一. .光性均质体光性均质体第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础光 波 在 均 质 体 中 传 播 示 意 图光 波 在 均 质 体 中 传 播 示 意 图A-A-自然光自然光B-B-偏光偏光特点特点: :光性非均质体的光学性质因方向不同而改变. 包括包括: :中级晶族(一轴晶)和低级晶族 (二轴晶)的矿物.光波在非均质体介质中的传播特点光波在非均质体介质中的传播特点: : 其传播速度因光波在晶体中的振动方向振动方向不同而发生改变.

9、 因而非均质体的折射率也因光波在晶体中的振动方向振动方向不同而改变. 即非均质体的折射率值有许多个即非均质体的折射率值有许多个. . 光波进入光性非均质体后的特点及有关术语光波进入光性非均质体后的特点及有关术语( (下页下页) )二二. . 光性非均质体光性非均质体第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体中的传播特性光波射入非均质体，除特殊方向外，都要分解为振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏光，此种现象称为双折射.双折射是非均质介质的普遍特征双折射是非均质介质的普遍特征. .光通过非均质体分解成二束偏光示意图光通过非均质体分解成二束偏光示意图 双折射双折射第二节第二节 光在晶

10、体中的传播特性光在晶体中的传播特性C两种偏光折射率值之差称为双折射率. 双折射率双折射率 光轴光轴光波沿非均质体的特殊方向特殊方向入射时,不发生双折射,这种特殊的方向称为光轴.中级晶族具有一个这样的特殊方向,称为一轴晶矿物一轴晶矿物; ;低级晶族具有两个这样的特殊方向,称为二轴晶矿物二轴晶矿物. .第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体中的传播特性第三节第三节 光光 率率 体体晶体光学中的许多现象都与光波的振动方向与相应折射率值有关, 为了更好地反映光波的振动方向与相应折射率值之间的关系, 引入了物理学中的光率体的概念.一一. .光率体的由来光率体的由来表示光波在晶体中传播时表示光波在晶体

11、中传播时, , 折射率值随光波振动折射率值随光波振动方向变化的一种立体几何图形或一种光性指示体方向变化的一种立体几何图形或一种光性指示体. .作法作法: : 是设想自晶体中心起，沿光波振动方向按比例截取相应的折射率值 ，再把各个线段的端点连接起来便构成了光率体.二二. . 光率体的概念光率体的概念第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础三三. .均质体光率体均质体光率体传播速度不因振动方向不同而发生改变, 即折射率值各方向相等.光率体是一个球体，球体的半径代表该晶体的折射率.第三节第三节 光光 率率 体体B.光波垂直 C 轴射入晶体, 得到一个包含Z轴且半径分别为NeNe和NoNo的椭圆切面 .

12、四四. . 一轴晶光率体一轴晶光率体( (一一). ).推导推导A.光波沿 C 轴方向射 入晶体,得到一个半径为NoNo的圆切面. C.联系上面两个切面 特征可以得到一轴 晶光率体的构成.第三节第三节 光光 率率 体体一轴晶光率体示意图一轴晶光率体示意图第三节第三节 光光 率率 体体( (二二). ). 一轴晶光率体的主要特征一轴晶光率体的主要特征一轴晶光率体是一个以C轴为旋转轴的旋转椭球体旋转椭球体.直立轴(旋转轴)永远是NeNe,水平轴永远是NoNo. Ne和No代表一轴晶光率体最大与最小折射率值,称为主主折射率折射率.其它方向的折射率大小介于Ne和No之间，以N N/ /e e表示。若若

13、NeNe No, No, 称为正光性称为正光性 ; ; 若若NeNe No, No, 称为负光性称为负光性 . Ne与No的差值为一轴晶矿物的最大双折射率最大双折射率.第三节第三节 光光 率率 体体( (三三). ).一轴晶光率体的主要切面类型一轴晶光率体的主要切面类型(1)(1)垂直光轴切面垂直光轴切面 (2)(2)平行光轴切面平行光轴切面 (3)(3)斜交光轴切面斜交光轴切面NeNo入射光方向入射光方向NoNoNoNeNoNo入射光方向入射光方向NoNeNoNoNoN/e入射光方向入射光方向N/eNeNoNo一 轴 晶 正 光 性 光 率 体 主 要 切 面 示 意 图一 轴 晶 正 光

14、性 光 率 体 主 要 切 面 示 意 图(1)(1)垂直光轴切面垂直光轴切面(2)(2)平行光轴切面平行光轴切面(3)(3)斜交光轴切面斜交光轴切面第三节第三节 光光 率率 体体五五. . 二轴晶光率体二轴晶光率体( (一一). ). 推导推导1.6511.715b=Npca=Ngc1.6801.651ac=Nmb=Npa1.6801.715ba=Ngc=NmbNg（a） Np （b） Nm（c） (1)(1)二轴晶光率体是一个三轴不等的椭球体二轴晶光率体是一个三轴不等的椭球体. .(2)(2) 三个光学主轴三个光学主轴 (Ng,Nm,Np轴).(3)(3) Ng,Nm,NpNg,Nm,Np

15、(三个主折射率且 NgNmNp).(4)(4) 三个主轴面三个主轴面(彼此之间互相垂直).(5).(5).两根光轴两根光轴(OA).(OA).(6)(6) 光轴面（光轴面（APAP）:包含两根光轴的切面.同NgNp面.(7)(7) 光轴角光轴角(2V) :(2V) :两根光轴所夹的锐角.(8)(8) 锐角等分线锐角等分线(Bxa)(Bxa):两光轴所夹锐角的等分线.(9)(9) 钝角等分线钝角等分线(Bxo)(Bxo):两光轴所夹钝角的等分线.(10)(10) 光性正负光性正负: : (+) Ng-Nm Nm-Np或 Bxa = Ng (-) Ng-Nm Nm-Np或 Bxo = Ng ( (

16、二二). ). 主要特征及要素主要特征及要素五五. . 二轴晶光率体二轴晶光率体( (三三). ).二轴晶光率体的主要切面类型二轴晶光率体的主要切面类型( (1) 1) 垂直光轴切面垂直光轴切面 （ OAOA）(2) (2) 平行光轴面切面（平行光轴面切面（/AP/AP） (3) (3) 垂直垂直BxaBxa切面：（切面：（+ +）NmNpNmNp面面 （）NgNmNgNm面面 (4) (4) 垂直垂直BxoBxo切面：（切面：（+ +）NgNmNgNm面面 （）NmNpNmNp面面 (5) (5) 斜交切面：斜交切面：NgNpNgNp面面五五. . 二轴晶光率体二轴晶光率体 注意一定要掌握不

17、同切面的特征注意一定要掌握不同切面的特征NmNmNgNpNmNmNgNpNgNgNg=BxaNp=BxaOANmNpNpOAOAOAOAOAOAOANmNpNmNgOA切面切面AP切面切面Bxa（+）切面）切面Bxa（）切面）切面NmNmNmNmNgNpNmNmNgNpNgNgNgNgNgNgNpNpNpNmNmNpNpNgBxo（+）切面）切面Bxo（）切面）切面半任意切面半任意切面任意斜交（任意斜交（+）第四节第四节 光性方位光性方位指光率体在晶体中的位置，即光率体主轴（指光率体在晶体中的位置，即光率体主轴（No,NeNo,Ne轴或轴或Ng,Nm,NpNg,Nm,Np轴）与结晶轴（轴）与结晶轴（a,b,ca,b,c轴）之间的相互关系轴）之间的相互关系. .1.1.高级晶族高级晶族: : 可不考虑其光性方位问题可不考虑其光性方位问题. .2.2.中级晶族（一轴晶）中级晶族（一轴晶）: :结晶轴结晶轴C C轴与光轴轴与光轴NeNe轴一致轴一致. .3.3.低级晶族（二轴晶）低级晶族（二轴晶）: :（1 1）斜方晶系（三个主轴分别平行结晶轴）斜方晶系（三个主轴分别平行结晶轴）（2 2）单斜晶系（晶体的）单斜晶系（晶体的