锥光镜下晶体光学性质

1、关于锥光镜下的晶体光学性质第一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月1 锥光镜的装置及光学特点在正交偏光镜（PPAA）的基础上，推上载物台之下的聚光镜并且升至最高位置，换用高倍物镜，推入勃氏镜或去掉目镜，便构成了锥光镜的装置。聚光镜的作用是使透出下偏光镜的平行偏光束变成锥形偏光束（图72）。锥形偏光束是以不同方向射入矿片的。在锥形偏光束中，除中央一条光波是垂直射入矿片之外（图72），其余各光波都是倾斜射入矿片，而且愈外倾斜角度愈大，在矿片中所经历的距离愈外愈长。锥形偏光束中的偏光，不管如何倾斜，其振动面仍与下偏光镜振动面平行，即在薄片平面上的投影方向总是与PP方向平行。第二张，PPT共六十

2、七页，创作于2022年6月非均质体矿物的光学性质因方向而异，垂直不同方向的入射光的光率体切面不同，其长短半径在薄片平面上的方位不完全相同，它们与上、下偏光镜振动面方向AA、PP之间的关系不完全相同。许多不同方向入射光波同时通过矿片后，到达上偏光镜所发生的消光与干涉效应也各不相同。因此，锥光镜下观察到的，应当是各个不同方向入射光通过矿片后所产生的消光与干涉效应的总合。它们构成特殊的图形，称为干涉图。第三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月用高倍物镜的目的在于能接纳较大范围的倾斜入射光波（图73）。低倍物镜的数值孔径小，工作距离长，通常只能接纳与薄片法线成5夹角以内的光波，与平行薄片法线的入

3、射光波较接近（基本上相当于平行光波），干涉图不完整而且不清楚。 高倍物镜的数值孔径较大，工作距离短，通常能接纳与薄片法线成60夹角以内的倾斜入射光，其干涉图较完整而且较清晰。 一般说来，放大倍率相同的高倍物镜，其数值孔径愈大，干涉图愈完整。第四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月观察干涉图时，为什么必须去掉目镜或推入勃氏镜？因为锥光镜下所观察的干涉图，不是矿片本身的形象，而是锥形偏光中各个不同方向偏光同时通过矿片后，到达上偏光镜所产生的消光与干涉效应总和。即观察的是干涉图（光源象）。干涉图的成像位置不在薄片平面上，而是在物镜的后焦平面上（图74）。去掉目镜，能直接观察到镜筒内物镜后焦平面

4、上的干涉图实象，其图形虽小却很清晰。不去掉目镜，则必须推入勃氏镜才能看到干涉图。第五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月此外，锥光镜下观察时，还必须严格校正中心。如果中心不准，转动物台时，所测矿片离开原来位置，将看不到所测矿物的干涉图。均质体矿物的光学性质各向同性，任何方向的入射光都不发生双折射，在正交偏光镜间全消光，锥光镜下看不到干涉图。非均质体的光学性质则各向异性，在锥光镜下能形成干涉图，其干涉图特点随矿物的轴性和切片方向而异。第六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月2 一轴晶干涉图一轴晶矿物的干涉图，因切片方向不同而不同，主要有三种类型，即垂直光轴、斜交光轴和平行光轴切片的干

5、涉图。一、垂直光轴切片的干涉图（一）图象特点（图75）一个黑十字与若干同心圆干涉色色圈组成。黑十字为两个互相垂直的黑带（即消光影）。两个黑带分别与上、下偏光镜振动方向AA、PP平行，黑带中心部分往往较窄，边缘部分较宽；黑十字交点位于视域中心（即十字丝交点），为光轴出露点。干涉色色圈以黑十字交点为中心，成同心环状，其干涉色级序由中心向外逐渐升高，干涉色色圈愈外愈密。第七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月干涉色色圈的多少，取决于矿物的双折率大小及薄片厚度。矿物的双折率愈大，干涉色色圈愈多（图75）；反之，双折率愈小，干涉色色圈愈少，甚至在黑十字的四个象限内仅出现一级灰干涉色（图75B）。双

6、折率相同的矿片，厚度愈大，干涉色色圈愈多；反之，薄片愈薄，干涉色圈愈少（图76.gif）。第八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月转动物台360，干涉图不发生变化。第九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（二）成因在垂直光轴的薄片中，光轴方向垂直薄片平面。锥形光的特点：中央一条光垂直薄片入射，其余各条光线都是倾斜射入薄片（图72）；愈外倾斜角度愈大。因此，锥形光中只有中央一条光是平行光轴入射的，其余各光都是斜交光轴入射；而且愈外斜交角度愈大。光率体特征：垂直中央一条光波的光率体切面为圆切面，垂直其余各个斜交光轴入射光波的光率体切面都是椭圆切面，而且其长短半径的大小及在薄片平面上的分

7、布方位各不相同，它们与上、下偏光镜振动方向的关系也各不相同。因此，它们在正交偏光镜间所发生的消光与干涉效应不同。第十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月垂直光轴切片在锥光镜下所显示的干涉图，就是锥形偏光中各光波同时通过矿片后，到达上偏光镜所发生的消光与干涉现象总和。黑十字代表消光部分（消光影）；干涉色色圈代表发生干涉作用的部分。为了解干涉图的成因，我们引入一个波向图的概念。反映垂直锥形光中各入射光波的光率体椭圆半径在矿片平面上的分布方位图（即常光与非常光振动方向的分布方位），称为波向图。因为光率体椭圆切面半径方向代表光波垂直该切面入射时，发生双折射分解形成两个偏光的振动方向。因而波向图就

8、是表示光波振动方向的图解。第十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月一轴晶光率体各种椭圆半径在空间的分布方位，可用球面投影方法作出。使圆球体球心与一轴晶光率体中心重合（图77）。把垂直各入射光波的光率体椭圆半径（Ne与No）投影到球面上。即可得出各个椭圆切面半径（常光与非常光振动方向）在球面上的分布方位。球面上经线与纬线的交点代表各入射光波的出露点。经线的切线方向，代表非常光波的振动方向（Ne或Ne半径方向）；纬线的切线方面，代表常光的振动方向（No半径方向）。第十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月将球面投影结果，再转换为正射投影到平面上，即可得出一轴晶不同方向切片上光率体椭圆

9、半径分布方位图（波向图）。图78A为一轴垂直光轴切片的波向图。其中心为光轴在薄片平面上的出露点；围绕中心的同心圆与放射线的交点，代表锥形光中各入射光波在薄片平面上的出露点；半径方向，代表非常光波的振动方向（Ne方向）；同心圆的切线方向，代表常光的振动方向（No方向）。知道了OA切片上光率体椭圆半径的分布方位，根据消光与干涉原理，便很容易理解干涉图的形成原因。当矿片上光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向平行时，消光而构成黑带；当光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向斜交时，发生干涉作用产生干涉色。第十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月1、黑十字的成因 在OA切片的波向图中，东西、南北方向

10、上的光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向AA、PP平行或近于平行的那些部位（图78B），在正交偏光镜间消光或近于消光。因此，形成分别与AA、PP平行的两个黑带，互相垂直构成黑十字。由于非常光振动方向呈放射线，与AA、PP夹角相等的椭圆半径方向（图78），其消光情况应为相同，由图中可看出夹角相等的椭圆半径方向是中部窄而边部宽，因而黑带中部较窄而边缘较宽。如果双折率低时，这种现象不明显。如果偏光显微镜的上、下偏光镜振动方向AA、PP位置不在东西、南北方向上，则干涉图中的黑十字也不在东西、南北方向，借此可以校正上、下偏光镜的位置。第十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月干涉色色圈的成因 在黑

11、十字的四个象限内，光率体椭圆半径方向与上、下偏光镜振动方向AA、PP斜交；在正交偏光镜间发生干涉作用，如果光源为白光则产生干涉色。为什么干涉色成同心环状，而且干涉色级序愈外愈高？因为入射光波是以光轴为中心的锥形光（图79.jpg）。中央一条光波是平行光轴入射；不发生双折射，其双折率为零（R=0），其余各光波斜交光轴入射，而且由中央向外，入射光波与光轴的夹角愈来愈大，其双折率值逐渐增加。光波在薄片中经历的距离也是愈外愈长。因此，光程差由中心向外逐渐增大（图79.jpg），相应的干涉色级序也随之逐渐升高。锥形光中与光轴夹角相等的各入射光波，所形成的光程差相等，相应的干涉色相同，因而构成以光轴出露点

12、（黑十字交点）为中心的同心环状干涉色色圈，而且干涉色级序愈外愈高。第十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月垂直光轴切片的波向图中，其光率体椭圆半径呈放射状对称分布。因此，无论如何转动矿片，总是东西、南北方向的光率体椭圆半径与AA、PP平行，其余的半径与AA、PP斜交，因而黑十字与干涉色色圈位置不发生变化。第十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（三）垂直光轴切片干涉图的应用1、确定轴性及切片方向“看图识字”根据干涉图的形象特点，即可确定为一轴晶垂直光轴的切片。一轴晶其他方向切片及二轴晶矿片不具这种特征。2、测定光性符号一轴晶矿物的光性符号是根据主折射率值Ne与No的相对大小确定

13、的。当NeNo（即Ne=Ng）时为正；NeNo）；二、四象限内的干涉色级序降低，表示此二象限内光率体椭圆半径Ne及No与试板为异名半径平行，仍然证明Ne=Ng（即NeNo），属正光性。负光性的干涉色升降情况与此相反（图81B）。第十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月注意试板上Ng与Np方向更换，或者试板插入方向改变，恰与上述情况相反。当干涉图的黑十字四个象限内仅见一级灰干涉色时，加入石膏试板（图82/照片3）后，黑十字1级紫红；干涉色升高的两个象限，干涉色由1级灰2级蓝；干涉色降低的两个象限内，干涉色由1级灰1级橙黄。也可以使用云母试板，加入云母试板后，黑十字1级灰；干涉色升高的两个

14、象限内，干涉色由1级灰1级橙黄；干涉色降低的两个象限内，干涉色由1级灰黑色。第十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月当干涉图的干涉色色圈较多时，加入云母试板后（图83）:黑十字1级灰白。在干涉色级序升高的两个象限内，靠近黑十字交点,1级灰升高1级黄，因而靠近黑十字交点处，出现对称的两个黄色小团团；原为一级黄的色圈_升高1级红，表现为红色色圈向内移动占据原黄色色圈位置；原为1级红的色圈升高2级蓝，表现为蓝色色圈向内移动占据原红色色圈位置（图83）。同理，每一个干涉色色圈的级序都升高一个色序，因而显示出这两个象限内的整个干涉色色圈都向内移动。第二十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月

15、在干涉色级序降低的两个象限内，靠近黑十字交点原为一级灰的位置，干涉色级序降低变为黑色，因而在靠近黑十字交点处，出现对称的两个黑色小团团；原为1级黄的色圈，干涉色色序降低为1级灰，表现为灰色色圈向外移动占据原黄色色圈位置；原为1级红的色圈，干涉色色序降低变为1级黄，表现为黄色色圈向外移动占据原红色色圈位置；同理，每一个干涉色色圈的级序都降低一个色序，因而显示出这两个象限内的整个干涉色色圈都向外移动(图83)。第二十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月如果干涉色色圈多而密，加入云母试板后，干涉色色圈移动情况看不清楚，可以使用石英楔或贝端克补色器。随着石英的逐渐插入（或逐渐转动贝瑞克补色器）

16、时，在干涉色级序升高的两个象限内，干涉色色圈连续向内移动；在干涉色级序降低的两个象限内，干涉色色圈连续向外移动。干涉色色圈多的干涉图，也可以使用石膏试板。加入石膏试板后（照片2.jpg），黑十字变为一级紫红；在干涉色级序升高的两个象限内，靠近黑十字交点原为一级灰的位置，干涉色级序升高变为二级蓝，因而出现对称的两个蓝色小团团，其他干涉色色圈基本不变；在干涉色降低的两个象限内，靠近黑十字交点原为一级灰的位置，干涉色级序降低变为一级橙黄，因而出现对称的两个黄色小团团，第一个红色色圈变为黑色圈，其他干涉色色圈也基本不变。第二十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月二、斜交光轴切片的干涉图（一）图

17、像特点 在斜交光轴的切片中，光轴是倾斜的；光轴在薄片平面上的出露点（黑十字交点），不在视域中心。所以干涉图是不完全的黑十字和不完整的干涉色圈组成（图84及图85）。 当光轴方向与薄片法线的夹角不大时，光轴出露点虽不在视域中心，但仍在视域内（图84）。转动物台，黑十字交点绕视域中心作圆周移动，其黑带作上下、左右平行移动，干涉色色圈随黑十字交点移动。第二十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月当光轴方向与薄片法线夹角较大时，光轴出露点（黑十字交点）落在视域之外（图85），视域内只能见到一条黑带及部分干涉色色圈。转动物台，黑带作上下、左右平行移动，并交替出现在视域内，干涉色色圈亦随之移动。第二

18、十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月当光轴轴与薄片法线的夹角很大时，黑带较宽大。转动物台，黑带呈弯曲状移过视域（图86）。这种干涉图不能判断轴性，因为它与二轴晶干涉图不易区分。第二十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（二）斜交光轴切片干涉图的应用1、当光轴倾角不太大时，可以确定轴性及切片方向。2、测定光性符号当黑十字交点在视域内时，测定光性符号的方法与垂直光轴切片干涉图的方法完全相同。如果黑十字交点在视域之外时，转动物台，根据黑带移动情况，可以确定黑十字交点在视域外的位置(见图87说明)。 第二十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月黑十字交点的位置确定后，即能定出视

19、域所在的象限。然后根据垂直光轴切片干涉图的方法，测定光性符号（图88）。 当黑十字的四个象限内仅见一级灰时，加入石膏试板后，干涉图的变化情况如图89A；当色圈多时，加入云母试板后，干涉图的变化情况如图89B。第二十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月三、平行光轴切片的干涉图（一）图像特点当OA方向与上、下偏光镜振动方向之一平行时，为一个粗大模糊的黑十字，几乎占据整个视域（图90A）。稍稍转动物台，粗大黑十字从中心分裂，并沿OA方向迅速退出视域（约转动12-15），这个转角称明亮角。因为变化迅速，故称瞬变干涉图或闪图。当OA方向与上、下偏光镜的振动方向AA、PP成45夹角时，视域最亮。如

20、果矿物的双折率较大时，则在相对的象限内出现对称的弧形干涉色色带（图90B）。在光轴方向的两个象限内，干涉色由中心向两边逐渐降低；在垂直光轴方向的两个象限内，干涉色由中心向两边逐升高。如果矿物的双折率较低，则不出现弧形色带而仅为一级灰白干涉色。第二十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（二）成因在OA切片的波向图中（图91），当OA与AA、PP振动方向之一平行时，大部分的光率体椭圆半径与AA、PP振动方向平行或近于平行（图91中小圆圈以内），在正交偏光镜间，应当消光或近于消光，因而形成粗大模糊的黑十字。稍转物台，大部分光率体椭圆半径与AA、PP振动方向斜交，而且是中心部分的光率体椭圆半径

21、首先与AA、PP斜交，光轴方向的光率体椭圆半径与AA、PP最后斜交。 因此，粗大黑十字从中心分裂，并沿光轴方向迅速退出视域而视域明亮，出现干涉色。第二十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月当OA方向与AA、PP振动方向成45夹角时，为什么出现对称的弧形干涉色色带？而且沿OA方向，干涉色从中心向两边逐渐降低，而OA方向，干涉色由中心向两边逐渐升高?由图92（正光性）可看出，在OA方向上，由中心向两边，短半径No的长短不变，而长半径Ne逐渐变短，促使其双折率逐渐变小。虽然倾斜入射光波经过矿片距离愈外愈长（即薄片厚度加大），但由于矿片厚度不大，且视域范围较小，在此范围内不足以抵消由于双折率减

22、小，所引起的光程差减小，所以在此方向上，由中心向两边干涉色仍然逐渐降低。在OA的方向上，由中心向两边的各个点上，光率体椭圆半径均为Ne与No，其双折率值相等，但由于倾斜入射光波通过薄片的距离愈外愈长，相当于厚度向外增加，引起光程差逐渐增大，因而干涉色由中心向两边逐渐升高。第三十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（三）一轴晶平行光轴切片干涉图的应用1、当轴性已知时，可以确定切片方向，但不能确定轴性，因为它与二轴晶平行光轴面切片的干涉图很难区分。2、当轴性已知时，也可以测定光性符号。转动物台，黑带退出的方向即光轴方向。使光轴方向与上、下偏光镜振动方向成45夹角，视域最亮。在这种干涉图中，N

23、eOA方向，No0A方向。加入试板，观察整个视域内干涉色级序的升降变化，根据补色法则确定Ne与No的相对大小之后，即能确定光性正负（图93）。加入试板后，整个视域干涉色级序降低（图93A），异名半径叠加，说明Ne=Ng（即NeNo），为正光性。反之，整个视域内干涉色级序升高（图93B），同名半径叠加，证明Ne=Np（即Ne45，为垂直Bxo切片的干涉图，用查出的V角的余角（90-V）乘以2，即得该矿的2V值。2）V45，为垂直Bxa切片的干涉图，用查得的V值乘以2，即得该矿物的2V值。3）值很小，不能与相应的Nm曲线相交时，为平行光轴面切片的的干涉图。用这个方法测定2V，能否达到应有的精度，关

24、键在于能否准确判断弯曲黑带中线与视域相切的位置，一般精度大约在5左右。若测定比较熟练，则精度可达2左右。这个方法还可用以区分2V较大的垂直Bxa切片、垂直Bxo切片和平行光轴面切片的三种干涉图。 第五十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月二、垂直一个光轴切片的干涉图（一）图象特点（图113）二轴晶OA切片的干涉图，在形态上相当于Bxa干涉图的一半，其OA出露点位于视域中心。当Ap与AA、PP振动方向之一平行时，出现一个直的黑带（图113A）及卵形干涉色色圈（双折射率较大或薄片较厚时）。转动物台，黑带弯曲，当光轴面与上、下偏光镜振动方向成45夹角时，黑带弯曲度最大（图113B）。弯曲黑带

25、顶点为光轴出露点，位于视域中心。弯曲黑带凸向Bxa出露点。继续转动物台，弯曲黑带逐渐变直，至90时又成一个直的黑带，但方向已改变（图113C）。再继续转动物台，黑带再度弯曲，至135时黑带弯曲度最大，但其凸出方向已改变（图113D），其顶点仍位于视域中心。第五十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（二）垂直一个光轴切片干涉图的应用1、确定轴性及切片方向2、测定光性符号根据Ap与AA、PP振动方向成45夹角时，弯曲黑带顶点凸向Bxa出露点，找出Bxa出露点及另一弯曲黑带在视域外的方位之后，按垂直Bxa切片干涉图的方法测定光性符号（图114及115）。第五十五张，PPT共六十七页，创作于2

26、022年6月3、估计光轴角大小在垂直一个OA切片干涉图中，当Ap与AA、PP振动方向成45夹角时，黑带弯曲程度与光轴角大小成反比（图116）。光轴角愈大，黑带愈直。当2V=90时，黑带成直带；当2V=0时，黑带弯曲成90（相当于一轴晶）；2V介于0与90之间时，黑带弯曲度介于90与直带之间（图116）。用这种方法估计的光轴角不太精确。第五十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月文契尔2V鉴定图文契尔绘制了新的2V鉴定图（图117），图中标有物镜的数值孔径（N.A.）及不同Nm值所对应的视域界限，有助于较准确的判断黑带的弯曲度，从而得出光轴角大小。其中所标的干涉图视域半径度数是指射到视域边

27、缘的光线与显微镜物镜中轴之间夹角（即物镜光孔角1/2）。在图的右上方还注明了2V值及相应的弧度方位角。第五十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月三、斜交光轴切片的干涉图（一）图象特点（图118、119、120）不垂直光轴，也不垂直Bxa，但较接近于它们的斜交切片，属斜交光轴的切片。这种切片的干涉图，在图象特点上，相当于垂直Bxa切片干涉图的一部分。其黑带与干涉色色圈都不完整。转动物台，黑带弯曲移过视域，在45位置时，弯曲黑带顶点不在视域中心。第五十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月斜交光轴切片的干涉图可以分为两种类型。一种是垂直Ap、斜交OA切片干涉图（图119）。其特点是当

28、Ap与AA、PP振动方向之一平行时，黑带为通过视域中心而且平分视域的一个直带（图119a、c、e、g）。转动物台，黑带弯曲，当Ap与AA、PP振动方向成45夹角时，弯曲黑带顶点不在视域中心。当光轴倾角不大时，弯曲黑带顶点仍位于视域之内（图119b，d）；如果光轴斜倾角较大，则弯曲黑带顶点在视域之外（图119f、h）。第五十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月另一种是与Ap和OA都斜交的切片干涉图（图120）。当Ap与AA、PP振动方向之一平行时，直的黑带不通过视域中心而偏在视域的一侧（图120A、C、E、G）。转动物台，黑带弯曲，当Ap与AA 、PP振动方向成45夹角时，弯曲黑带顶点不

29、在视域中心。光轴倾斜不大时，弯曲黑带顶点仍在视域内（图120B、C）；光轴倾斜较大时，弯曲黑带顶点在视域之外（图120F、H）。第六十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（二）斜交光轴切片干涉图的应用1、确定轴性及切片方向（“看图识字”）2、测定光性符号斜交光轴切片干涉图，可视为垂直Bxa切片干涉图的一部分。转动物台，根据黑带弯曲移动情况，找出弯曲黑带顶点的凸方及Bxa在视域外的方位之后，即可按垂直Bxa切片干涉图的方法测定光性符号。一般鉴定工作时，斜交光轴切片的干涉图较常见，因此必须熟练掌握弯曲黑带移动变化规律。第六十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月四、垂直钝角等分线（Bx

30、o）切片的干涉图（一）图象特点（图121）当Ap与AA、PP振动方向之一平行时，为一个较粗大模糊的黑十字（图121A）。黑十字四个象限仅出现一级灰干涉色，当矿物的双折率较大时，可出现稀疏的干涉色色圈。如果把视域想象地扩大，其干涉图的形象特点与垂直Bxa切片干涉图相似，所不同的是两个光轴出露点间的距离较远，视域中所看到的只是干涉图的中央部分，所以黑十字显得粗大而模糊，干涉色圈不太明显。第六十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月转动物台，黑十字迅速分裂成两个弯曲黑带（图121B），沿Ap方向逸出视域（转角一般为10-35）。当Ap与AA、PP振动方向成45夹角时，视域内最亮，弯曲黑带顶点间距离最远，并都在视域之外（图121C），其顶点仍为