晶体光学复习资料(重点知识)

自然光和偏光自然光：是指直接由光源发出的光，如太阳光、灯光等，自然光的光波振动方向在垂直于光波传播方向的平面内，作任何方向等振幅的振动偏光：自然光经过反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可以转变为只在一个方向上振动的光波，称为偏振光或偏光根据自然界物质的光学性质不同，将其分为光性均质体与光性非均质体两大类。高级晶族矿物中级晶族矿物光性均质体光性非均质体非晶质体低级晶轴矿物光性均质体，又称为均质体。具各向同性的介质、其光学性质不随方向发生变化光波在均质体中传播有以下两个特征：1.只有一个折射率光波射入均质体时，其传播速度各个方向都相等，所以只有一个折射率。2.不改变入射光的振动方向自然光入射均质体后仍然是自然光，偏光入射均质体后仍为偏光。一切具有双折射特征的介质称为光性非均质体，又称非均质体。非均质体是各向异性的介质，其光学性质随方向不同而变化光波在非均质体中传播具有以下几个特征：1.不只一个主折射率光波在非均质体中传播时，其传播速度随振动方向而发生变化，因而其相应折射率也随振动方向不同而改变。2.偏光化和双折射现象当光波射入非均质体后，除特殊方向以外一般都将分解成振动方向互相垂直的两种偏光，这就是偏光化。两种不同方向偏光的速度不等，导致折射率不等，引起了双折射现象。两种偏光折射率的差值称为双折射率，简称折射率。3.一个或两个特殊方向——光轴光波沿非均质体的特殊方向射入时不发生双折射，也不改变入射光的振动方向，这种特殊方向称为光轴(“OA”)。中级晶簇晶体只有一个光轴，称为一轴晶；(与C轴重合)低级晶簇晶体有两个光轴，称为二轴晶。3.一个或两个特殊方向——光轴光波沿非均质体的特殊方向射入时不发生双折射，也不改变入射光的振动方向，这种特殊方向称为光轴(“OA”)。中级晶簇晶体只有一个光轴，称为一轴晶；(与C轴重合)低级晶簇晶体有两个光轴，称为二轴晶。光率体是表示光波在晶体中传播时，光波的振动方向与相应折射率值之间关系的一种光性指示体。(一)均质体光率体包括等轴晶系矿物及非晶质矿物光波在均质体中传播时，向任何方向振动，其传播速度不变，折射率值相等，不发生双折射，因此，均质体光率体是一个圆球体。(二)非均质光率体包括一轴晶光率体和二轴晶光率体(1)一轴晶光率体一轴晶矿物是指中级晶族，因为这类矿物只有一个光轴，即光波只有一个沿C轴入射的特殊方向不发生双折射，故称为一轴晶。1.形状旋转椭球体，是以Ne轴(∥C轴)为旋转轴和No轴(⊥C轴)为半径组成的旋转椭球体。2.结构要素两个主轴：两个互相垂直的轴，代表一轴晶两个主要光学方向，又称光学主轴，即Ne轴和No轴；它的长短代表主折射率大小。在不同的一轴晶光率体中，Ne和No值大小是不一样的，称为主折射率值，也可称光学主轴。3.一轴晶光率体的光性符号一轴晶光率体是一个以Z轴为旋转轴的旋转椭球体。光性符号：Ne>No为一轴正晶或正光性、正光符，如石英Ne<No为一轴负晶或负光性、负光符，如方解石(2)二轴晶光率体是指低级晶族矿物。均具有二个光轴，故称二轴晶。二轴晶光率体的特征：1.形状三轴不等椭球体2.结构要素1)三个主轴：三个互相⊥的光率体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(Ng、Nm、Np)2)三个主轴面：包含任意两个主轴的切面称主轴面(切面)，二轴晶光率体有三个互相垂直的主轴面。①NgNp；②NmNp；③NgNm3)二个光轴(OA)及两个圆切面：通过Nm轴在光率体的一侧(Ng与Np之间)可以连续作一系列椭圆切面，在它们中间总可以找到一个半径相当于Nm的圆切面。另一侧也有一个圆切面，光波垂直这两个圆切面入射时，不发生双折射的特殊方向称之为光轴。因为有两个圆切面故有两个光轴，称二轴晶。4)光学法线：通过光率体中心而垂直光轴面的方向称光学法线，光学法线与主轴Nm轴一致。光轴面法线方向永远是Nm。5)光轴角：两个光轴之间所夹的锐角称光轴角，以符号“2V”表示，2V的平分线称锐角等分线，以Bxa表示；两个光轴之间的钝角等分线称钝角等分线，以Bxo表示。3.二轴晶光率体的光性符号1)根据锐角等分线Bxa是Ng还是Np决定二轴晶光性符号正负：当Bxa＝Ng时，为正光性(＋)；当Bxa＝Np时，为正光性(－)；2)根据Ng、Nm、Np的相对大小，判断二轴晶光性符号正、负当Ng－Nm>Nm－Np时，为正光性(＋)；当Ng－Nm<Nm－Np时，为负光性(－)；光性方位光率体主轴与晶体结晶轴之间的关系称为光性方位。也就是光率体主轴N；Ne、No或Ng、Nm、Np与结晶轴X、Y、Z之间的关系。也可以说是光率体在晶体中的位置。解理是指矿物晶体在外力作用下，沿一定方向裂成光滑平面的性质。解理在薄片中表现为一些相互平行的细缝，称解理缝。极完全解理、完全解理、不完全解理解理夹角的测定两组解理的夹角称解理夹角测定两组解理夹角时，必须选择同时垂直两组解理面的切面。这种切面的特征是：两组解理缝最细最清楚，当其解理缝平行目镜十字丝竖丝时，稍微升降镜筒，解理缝不向左右移动。测定方法为：1)按上述原则选择合适的切面2)转动载物台，使一组解理缝平行目镜十字丝竖丝，在载物台刻度盘上读数为a3)旋转载物台，使另一组解理缝平行目镜竖丝，载物台读数为b。两次读数之差（a与b之差）即为所测得的夹角。如果矿物对白光中各单色光全部透过，则透过矿片后仍为白光，只是强度有所减弱，矿片显无色透明，如石英、长石等。若全部吸收，则矿物为黑色；若均匀吸收，则矿物呈灰色；若不等量吸收，称选择性吸收，选择性吸收是矿物透过某些光波，呈现特定颜色非均质体矿物对光波的选择吸收和吸收总强度是随方向而异。矿片颜色变化的现象称为多色性；颜色深浅变化的现象称为吸收性。岩石薄片中，在两种折射率不同的物质接触处，可以看到一条比较黑暗的界限，称矿物的边缘矿物边缘附近常见到一条比较明亮的细线，升降物台，亮线发生移动，这条亮线称贝克线或亮带。贝克线移动的基本规律1)下降物台，贝克线向折射率大的方向移动2)上升物台，贝克线向折射率小的方向移动在单偏光下观察不同矿物的表面时，可看到某些矿物表面比较光滑，某些矿物表面显得较为粗糙呈麻点状，好象粗糙皮革，这种现象称为糙面薄片中有的矿物表面显得高，有的显得低，这种表面似乎高低不平的现象称为矿物的突起突起的高低取决于矿物与树胶(矿物)折射率差值的大小在单偏光镜下，转动物台，矿物突起高低发生显著变化的现象称为闪突起矿片在正交下呈现黑暗的现象，称为消光现象旋转载物台一周（360）过程中，矿片的消光现象不改变，故称为全消光非均质体除垂直光轴切面以外的任何方向切面，在正交偏光镜间处于消光时的位置，称为消光位当矿片上光率体椭圆半径与AA、PP斜交时，不在消光位，则将发生干涉作用干涉色级序第一级序，光程差为0－550nm，主要干涉色为暗灰－灰－白－黄－橙－紫红。第二级序，光程差为550－1100nm，主要干涉色为蓝－蓝绿－绿－黄－紫红。第三级序，光程差为1100－1650nm，主要干涉色为蓝绿－绿－黄－橙－红。第四级序，光程差为1650－2240nm，主要干涉色为粉红－浅绿－浅橙。各级序的特征第一级序：具有暗灰，灰白色，而无蓝、绿色。第二级序：色调浓而纯，比较鲜艳，条带界线清楚。第三级序干涉色顺序与第二级序一致，但其干涉色色调要比二级序浅，条带界线不及二级。第四级序及更高级序的干涉色，其光程差更大。干涉色级序越高，其色调越浅越不纯，条带界线越不清楚。在正交偏光镜间，两个非均质体任意方向的切面（除垂直光轴的切面外），在45位重叠时，光通过此两矿片后总光程差的增减法则（光程差的增减表现为干涉色级序的升降），称为补色法则。补色法则两矿片光率体椭圆半径同名半径平行，总光程差等于原来两矿片光程差之和，表现为干涉色升高。异名半径平行时，总光程差等于原来两矿片光程差之差，其干涉色降低当异名半径平行时，如果总光程差等于零，那么矿片就会变成灰黑色，此现象是消色。常用的补色器

⑴石膏试板（λ）光程差为550nm，在正交偏光45°位置时，呈现一级紫红干涉色，使矿片升高或降低一个级序。如矿片干涉色为一级灰，升高变为二级蓝，降低变为一级黄。⑵云母试板（1/4λ）光程差为147nm，使矿片升、降一个色序。如矿片为一级紫红，升高变为二记蓝，降低变为一级橙黄。⑶石英楔光程差为0～1680nm，在45°位置时依次产生一级到三级干涉色。同名半径平行，干涉色不断升高。异名半径平行时，干涉色不断降低。干涉色级序的观察与测定选切面干涉色级序的高低与切面方向有关，平行光轴或光轴面的切面干涉色最高，要选这种切面测定矿物最高干涉色级序。⑵楔形边法矿物颗粒往往具有楔形的边缘，即由边缘至中心厚度逐渐增加，因而从R=d(N1-N2)中可知，其干涉色级序会由边缘向中心升高。如果最外一圈为一级灰白，向中心干涉色逐渐升高而构成细小的干涉色色圈。其中经过一条红带，则矿片的干涉色为二级；经过n条红带，矿片的干涉色为（n+1）级。如果矿片的边缘最外圈不是从一级灰白开始的，则不能用这种方法判断干涉色级序。(3)利用石英楔测定干涉色级序1、将选定的具有最高干涉色的颗粒至于视域中心，旋转物台使矿片消光。2、旋转物台45，使矿片的干涉色最亮。3、从试板孔慢慢插入石英楔，观察矿片干涉色的变化。可出现下列两种情况：a.随着石英楔的插入，矿片的干涉色逐渐升高，石英楔与矿片的光率体椭圆切面的同名半径平行，必须转物台90，使异名半径平行，再进行测量。b.随着石英楔的插入，矿片的干涉色逐渐降低，证明异名半径平行。当插到石英楔的光程差与矿片相等处，矿片消色而黑暗。再慢慢抽出石英楔，矿片上的干涉色又逐渐升高。在抽出过程中，注意观察矿片上干涉色的变化，如果其间经过一次红色，则矿片干涉色为二级，经过n条红带，矿片的干涉色为（n+1）级。消光类型及消光角的测定根据矿物消光时，矿物的解理缝、双晶缝及晶面迹线与目镜十字丝的关系可划分成三种消光类型：平行消光斜消光光率体椭圆半径与解理缝、双晶缝及晶面迹线之间的夹角称为消光角。3对称消光消光角的测定只有测定向切面的消光角才有意义延性符号的规定：正延性：长条状矿物切面，其延长方向或解理缝方向与光率体椭圆长半径Ng或Ng′平行或其夹角小于45°负延性：长条状矿物切面，其延长方向或解理缝方向与光率体椭圆短半径Np或Np′平行或其夹角小于45°当两者的夹角为45°时，延性可正可负。平行偏光束与锥形偏光束的重要区别：⑴平行偏光基本上同一方向入射矿片。⑵锥形偏光，除中央一条光波垂直入射矿片以外，其余各条光波都是倾斜入射矿片，而且愈向外倾斜角度愈大，在矿片中所经历的距离愈外愈长。在种锥光镜下，锥形偏光束中，各个不同方向的入射偏光通过矿片后到达上偏光镜所产生的消光和干涉现象的总和，构成了各式各样的特殊干涉图形，称为干涉图。锥光镜的特点⑴聚光镜的作用:使平行偏光变成锥形偏光。⑵勃氏镜或取去目镜作用:放大干涉图。⑶高倍物镜作用:接纳更大范围的入射光波，使图象更清晰。(4)锥光系统的适用范围：非均质体均质体矿物的光学性质各方向一致，光波以任何方向射入矿片，都不发生双折射，在正交下全消光，锥光下没有干涉图。非均质体矿物的光学性质随方向而异，在锥光下能形成干涉图，其干涉图的图像特点因矿物的轴性和切面方向而不同。锥光镜可以测定矿物的光学常数为：轴性、光性符号，光轴角和切面方向。观察干涉图应注意的问题：(1)首先使用低倍或者中倍物镜找到所需观察的矿物颗粒，置于视域中心后，换用高倍物镜(2)换用高倍物镜后，检查是否已准焦，准焦应注意物镜不要与薄片相碰。(3)加上栽物台下的聚光镜后，要把聚光镜上升到最高位置，但不要与薄片相碰。(4)检查高倍物镜是否需要校正中心。(5)干涉图是消光和干涉效应的总和。一轴晶干涉图一轴晶有三种类型切片:垂直光轴、平行光轴和斜交光轴。一轴晶干涉图，因切面方向不同而不同垂直光轴切面的干涉图⑴切面特点光率体的切面为圆切面，正交偏光下全消光（或干涉色最低）。干涉图的特点：由于R=d(Ng-Np）,干涉图分为R较小的晶体和R较大的晶体两种R较小的晶体一个位于视域中心的黑十字，两臂与十字丝平行，转动物台，黑十字不动。黑十字将视域分为四个象限。干涉色为一级灰白。R较大的晶体除黑十字外，还具有以黑十字交点为中心的同心干涉色环，由中心向外越来越密，干涉色级序越来越高，转动物台干涉图不变。(2)图像特点①由黑十字和同心圆状的干涉色色圈组成，黑十字交点位于十字丝中心。②干涉色色圈以黑十字交点为中心，成同心环状。干涉色圈的多少，取决于矿物双折率的大小及矿片厚度。③转动物台360°,干涉图不发生变化。垂直光轴切面干涉图应用1、确定轴性和切面方向根据图像特点,确定为一轴晶垂直光轴的切面。2、测定光性符号Ne=Ng，Ne>No：正光性Ne=Np，Ne<No：负光性测定光性符号一级灰干涉色加石膏试板，判断与正交偏光的情况相同。蓝—升高，黄—降低。干涉色圈较多时，加云母试板（升降一个色序）。这时，升高区域的干涉色环向内移动，降低区域的干涉色环向外移动，并在光轴出路点附近出露两个黑点。如果四个象限是一级灰白的干涉图，则选用石膏试板插入石膏试板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色由灰白变为蓝色，对石膏试板而言，干涉色升高，即同名轴平行。又已知发散的方向为Ne，切线的方向为No，所以Ne=Ng，No=Np，为一轴晶的正光性。插入石膏试板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色由灰白变为黄色，对石膏试板而言，干涉色降低，即异名轴平行。又已知发散的方向为Ne，切线的方向为No，所以Ne=Np，No=Ng，为一轴晶的负光性。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。插入云母试板：色环内收，干涉色升高；色环外扩，干涉色降低。插入云母试板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色色环内收，干涉色升高，即同名轴平行。又已知发散的方向为Ne，切线的方向为No，所以Ne=Ng，No=Np，为一轴晶的正光性。插入云母试板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色色环外扩，干涉色降低，即异名轴平行。又已知发散的方向为Ne，切线的方向为No，所以Ne=Np，No=Ng，为一轴晶的负光性。判断黑十字的象限可根据下列四种现象：(1)黑臂细的部分指向光轴出露点。(2)等色圈凹向对着光轴出露点。(3)