无机盐相学第三章

无机盐相学第三章第1页，共44页，2023年，2月20日，星期六第一节光在晶体中的传播一、自然光与偏光1.光的特征

光是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直（横波）。可见光是电磁波谱中的一段，波长3900～7700埃。

3900～4460～4640～5000～5780～5920～6200～7700

|紫|青|兰|绿|黄|橙|红| 第2页，共44页，2023年，2月20日，星期六根据光波的振动特点，可见光可分为自然光及偏光。由光波的振动方向及传播方向所构成的平面叫振动面。

第3页，共44页，2023年，2月20日，星期六2.自然光

一切普通光源所发出的光都是自然光。它是光源中大量分子或原子辐射的电磁波的混合。在垂直光波传播方向的平面内，一切方向上都有光振动，而且在宏观统计规律上各方向上的光振动的大小是均匀的。自然光的特征：⑴.光波振动方向与传播方向垂直。⑵.在垂直于光波传播方向的平面内各方向都有振幅相等的光振动。其振动面是瞬息万变的。

第4页，共44页，2023年，2月20日，星期六3.偏光

自然光经过反射、折射、双折射等作用，可以转变为只有一个固定振动方向的光波，这种光称为偏振光，简称偏光。偏光振动面只有一个，因此又叫平面偏光。晶体光学中主要是利用平面偏光，很少利用自然光，偏光显微镜研究晶体时是把自然光经过双折射或选择性吸收作用转变为偏光。

第5页，共44页，2023年，2月20日，星期六二、光的折射及折射率1.折射率的概念

无论自然光还是偏光，当它从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质的分界面上将产生折射现象。由于光在不同的介质中的传播速度不同，在不同介质的分界面上光要发生不同程度的折射进入第二种介质，入射线、折射线及折射面的法线在同一平面内，入射角正弦与折射角正弦之比，对于两种固定的介质来说，是一个常数。这就是折射定律。

第6页，共44页，2023年，2月20日，星期六折射定律可以用下列公式表示：

式中：

Vi:光在入射介质中（介质Ⅰ）的传播速度i:入射角

Vr：光在折射介质中（介质Ⅱ）的传播速度r:折射角

N:折射介质对入射介质的相对折射率

第7页，共44页，2023年，2月20日，星期六2.绝对折射率上述折射率为相对折射率，亦可用下式表示：

如果把真空作为第一种介质，任何物质相对于真空的折射率称为绝对折射率，简称折射率。空气的折射率为1.003即光在空气中的传播速度与真空中相近，通常把空气折射率近似看作1。从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小。晶体中光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于1。

第8页，共44页，2023年，2月20日，星期六3.折射率色散

同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异，这种性质称为折射率色散。对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。在可见光谱中，紫光波长最短，红光波长最长，因此，同一介质在紫光中测得的折射率最大，在红光中测得的折射率最小。晶体的折射率色散能力

是指晶体在两种波长中测定的N值之差，差值越大，色散能力越强，差值越小，色散能力越弱。如萤石色散能力弱，N紫－N红＝0.00686。金刚石色散能力强，N紫－N红＝0.05741。另外，不同状态的介质，色散能力也有差异，一般讲，液体色散能力较固体强。为了不受色散影响，测折射率宜在单色光进行，通常的利用黄光。

第9页，共44页，2023年，2月20日，星期六三、光在均质体及非均质体中的传播特点1.透明物质分类

自然光和偏光在不同的介质中的传播情况各不相同。根据其特点透明物质大致可以分为两类：光性均质体和光性非均质体。

第10页，共44页，2023年，2月20日，星期六光性均质体

光在其中传播的速度不因振动方向的不同而发生改变的一类物质。由于光在各个方向的传播速度不变，所以在均质体中任何方向上的折射率均相等，也就是说折射率值只有一个。自然光入射均质体后仍然是自然光，偏光入射均质体后振动方向不发生改变。等轴晶系及一切非晶质体都是光性均质体。不同均质体中光的传播速度不同。

第11页，共44页，2023年，2月20日，星期六光性非均质体

光在其中传播时，其传播速度随振动方向的不同而发生改变的一类物质。自然光进入光性非均质体后，原任意方向振动的光波，就变成两个振动方向垂直的光波，且此二光波的传播速度除个别方向外，一般是不等的。除等轴晶系外的所有晶体，均属于光性非均质体。

第12页，共44页，2023年，2月20日，星期六2.双折射现象：

光入射非均质体，产生两条振动方向垂直的光波，这种现象称为双折射。冰洲石的双折射现象极其明显。光轴光波入射光性非均质体中只有个别方向不产生双折射，这个在非均质体中不发生双折射的特殊方向称为光轴。第13页，共44页，2023年，2月20日，星期六依上述特性，非均质体分为两类：一类为一轴晶，只有一个方向不发生双折射，即一根光轴，属于此类的晶体有三方晶系、四方晶系、六方晶系的晶体。另一类为二轴晶，有两个方向不发生双折射，即两根光轴，属于此类的有斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系的晶体。第14页，共44页，2023年，2月20日，星期六在一轴晶中，如果入射光产生双折射，其中一束偏光的振动方向永远垂直光轴，其传播速度及折射率值不变，称为常光以符号“o”表示。常光的折射率值不随入射光波的振动方向的改变而改变，其折射率值用No表示。另一偏光的振动方向在光波的传播方向及光轴所构成的平面内，其传播速度与折射率值随光波的振动方向的改变而改变，称为非常光，以符号“e”表示，折射率值用Ne表示。

第15页，共44页，2023年，2月20日，星期六第二节光率体一、光率体的概念光率体是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向与相应的折射率值之间关系的一种光性指示体。设想各方向入射的光波均通过晶体的某点(中心点)振动，在各方向上依其N值的大小按比例截取一线段，再把各线段的端点联结起来，即成光率体。

光率体是一立体图形，是从光波振动方向与相应的折射率的实际测量中抽象得出的概念，它形状简单，应用方便，是解释一切晶体光学现象的基础。各类晶体的光学性质不同，光率体亦不同。

第16页，共44页，2023年，2月20日，星期六二、均质体光率体

光波在均质体中传播时，其传播速度不因传播方向的改变而改变。自然光入射后也不发生双折射，对于某一确定的介质来说，其折射率值只有一个，即一个常数。按光率体作图法，其图形为一球体，任意一个通过光率体中心的切面为一圆形。第17页，共44页，2023年，2月20日，星期六三、一轴晶光率体1.光率体形状中级晶族属于一轴晶，该类晶体的水平结晶轴单位相等，其水平方向上的光学性质相同，由此可见，一轴晶光率体是一个以C轴为旋转轴的旋转椭球体，且有正负之分。一轴晶正光性光率体旋转轴为长轴，负光性旋转轴为短轴。

第18页，共44页，2023年，2月20日，星期六2.以石英、方解石为例，说明光率体的情况。石英当光线垂直石英C轴入射晶体，发生双折射，产生两个振动方向垂直的光波,其一为常光,振动方向垂直C轴，N＝1.544，以No表示。另一为非常光，振动方向平行于C，N＝1.553，以Ne表示。以此二线段构成椭圆的两轴，以Ne为旋转轴，得一旋转椭球体，即为一轴晶光率体。第19页，共44页，2023年，2月20日，星期六这种光率体的特点是：其旋转轴为长轴（亦称为光轴），光线沿光轴方向振动的折射率值大，垂直光轴方向振动的折射率值最小，其他方向的折射率值介于上述二者之间。具有上述特性的光率体为一轴晶正光性光率体。

第20页，共44页，2023年，2月20日，星期六方解石当光波垂直方解石C轴入射，和石英一样，也要发生双折射，分解成两束偏光，其常光振动方向垂直C轴。折射率值No＝1.658，另一束偏光非常光振动方向平行C轴，折射率值Ne＝1.458，以Z轴为旋转轴，得一扁平的旋转椭球体。

第21页，共44页，2023年，2月20日，星期六此种光率体的特点与石英相反，旋转轴为短轴，且Ne＜No，凡此种特点的光率体称为负光性光率体。

第22页，共44页，2023年，2月20日，星期六3.光性正负的判断无论是正光性还是负光性，一轴晶光率体都是旋转椭球体，其旋转轴永为Ne轴。水平轴永为No轴。主折射率Ne与No代表一轴晶矿物折射率的最大值与最小值，称为主折射率。判断原则

一般的Nmax以Ng表示，Nmin以Np表示。

当Ng＝Ne，Np＝No时为正光性，

当Ng＝No，Np＝Ne时为负光性。

Ng与Np之差（Ng－Np）是一轴晶矿物最大双折射率。第23页，共44页，2023年，2月20日，星期六4.一轴晶光率体的主要切面

在偏光镜下鉴定矿物时，所遇到的是晶体各个方向的光率体切面，一轴晶光率体的主要切面有三种：

⑴.垂直光轴切面

垂直光轴切面形状为圆形，半径为No，光波垂直这种切面入射，不发生双折射，也不改变入射光波的振动方向，折射率值为No，双折射率值为0。一轴晶光率体只有一组这样的切面。第24页，共44页，2023年，2月20日，星期六⑵.平行光轴切面

平行光轴切面为椭圆，长短轴分别为Ng及Np（正光性时长轴为Ne，负光性时短轴为Ne）光波垂直这样的切面入射（垂直光轴）发生双折射，分解成两束偏光，其振动方向分别与椭圆的长短半径平行，折射率分别等于Ng及Np。此种切面上有最大双折射率Ng－Np。

第25页，共44页，2023年，2月20日，星期六⑶.斜交切面

斜交切面仍为椭圆，长短半径分别为No及Ne'，光波垂直此种切面入射，发生双折射分解为两束偏光，振动方向分别平行椭圆两轴，双折射率等于|Ne'－No|。双折射率递变于0与Ng－Np之间。一轴晶任何斜切面始终有一个半径是No，当为正光性时，短轴为No，当为负光性时，长轴为No。第26页，共44页，2023年，2月20日，星期六四、二轴晶光率体1.二轴晶光率体的形状低级晶族属于二轴晶，因晶体结构的不均一性，故二轴晶光率体体是一个三轴椭球体。第27页，共44页，2023年，2月20日，星期六以镁橄榄石为例说明。镁橄榄石对称型为3L23PC，当入射光分别平行三个结晶轴时，将发生不同程度的双折射。三个主折射率分别是：

||c入射，a方向：1.715，b方向：1.652

||a入射，c方向：1.680，b方向：1.651

||b入射，a方向：1.715，c方向：1.680

分别以这三个主折射率为半径可分别做出垂直于入射方向的三个椭圆。把这三个椭圆切面按它们的空间方位联系起来，即为其光率体，是一个三轴椭球体。第28页，共44页，2023年，2月20日，星期六从镁橄榄石的三个主要方向的切面，可以看出它有三个分别平行于a、b、c轴的主折射率，分别以Ng、Nm、Np表示。实验证明，其他二轴晶矿物的光率体也有大中小三个主折射率，分别与相互垂直的三个振动方向相当，只是数值的大小、振动方向在晶体中的位置有差别。第29页，共44页，2023年，2月20日，星期六2.二轴晶光率体的主要光学方向

⑴.主要光学方向

三轴椭球体中的三个相互垂直的轴，代表二轴晶矿物的三个主要光学方向，称为光学主轴，简称主轴。三个主轴的长短分别代表Ng、Nm、Np三个折射率。包含二主轴的切面称为主轴面，二轴晶有三个相互垂直的主轴面，即NgNm面、NgNp面、NmNp面。

第30页，共44页，2023年，2月20日，星期六⑵.光轴方向二轴晶光率体为一个三轴椭球体。三个主轴相对大小是Ng＞Nm＞Np。在光率体的一侧的Ng与Np之间，可以作一系列的切面，它们的半径之一始终为Nm，另一半径递变于Ng与Np之间，总可以找到一半径为Nm圆形切面，同样在光率体的另一侧也有此圆切面。当光波垂直二圆切面入射时，不发生双折射，此二方向即为二轴晶的光轴方向，以符号OA表示。低级晶族中共有两根光轴，也只有两根光轴，故称为二轴晶，

第31页，共44页，2023年，2月20日，星期六3.光性正负及光轴角大小在二轴晶光率体中通过中心的切面只有二个圆切面。包含二光轴的切面称为光轴面（即包括NｇNｐ面的主轴面），以符号AP表示。通过中心垂直光轴面的直线称为光学法线（与Nm轴一致）。二光轴所夹角称为光轴角，锐角符号2V，钝角符号2E。锐角平分线以Bxa表示，钝角平分线以Bxo表示。

第32页，共44页，2023年，2月20日，星期六光性正负的判定二轴光率体也有正负之分，区分正负光性以Nｇ或Nｐ是否为锐角平分线来定。

Bxa＝Nｇ，Bxo＝Nｐ：正光性

Bxo＝Nｇ，Bxa＝Nｐ：负光性以Nｇ、Nｍ、Nｐ的相对大小，也可判断光性正负：

当Ng－Nm>Nm－Np时，则Bxa＝Ng，正光性

当Ng－Nm<Nm－Np时，则Bxa＝Np，负光性

2V的大小，可按下式求得：

第33页，共44页，2023年，2月20日，星期六4.二轴晶光率体的主要切面⑴.垂直光轴的切面

垂直入射线的光率体切面为圆形切面，光可以在平行圆形切面任意半径方向振动，无双折射。折射率只有Nm一个值。双折射率值为零。

第34页，共44页，2023年，2月20日，星期六⑵.平行光轴面的切面

平行光轴面的切面即NgNp主轴面，为椭圆切面，长短半径分别为Ng、Np，光垂直入射（沿Nm方向），发生双折射，分解为两束偏光，振动方向分别平行于Ng、Np，折射率分别为Ng、Np，双折射率为Ng－Np，为二轴晶最大双折射率。

第35页，共44页，2023年，2月20日，星期六⑶.垂直Bxa的切面

垂直Bxa切面为椭圆切面，正光性晶体相当于NmNp主轴面，负光性晶体相当于NgNm主轴面。光线垂直此切面入射，发生双折射，双折射率值对于正光性晶体为Nm－Np，负光性晶体为Ng－Nm。第36页，共44页，2023年，2月20日，星期六⑷.垂直Bxo切面为椭圆切面，正光性晶体相当于NgNm面，负光性晶体相当于NmNp面。光线垂直此切面入射时，发生双折射。垂直此面入射光的双折射率值总是大于垂直Bxa切面的双折射率值，无论它是正光性还是负光性。第37页，共44页，2023年，2月20日，星期六

⑸.斜交切面

即不垂直主轴也不垂直光轴的切面为斜交切面，它们都是椭圆切面(非主轴面)。可分为两类，一类为垂直主轴面的斜交面（称半任意切面）椭圆有一半径为主轴(Ng、Nm或Np)，另一半径为Ng′或Np′。另一类为任意斜交切面，椭圆长短半径分别为Ng′、Np′,双折射率值变化于零与最大值(Ng－Np)之间。第38页，共44页，2023年，2月20日，星期六第三节