第一章 晶体光学性质(6学时)
第一章晶体光学基础
§5 光率体
一、均质体的光率体
光在均质体中传播时，无论振动方向如何，折 光率值相等。 图形特点：均质体光率体是以折光率值为半径的圆 球体（包括：等轴晶系矿物和玻璃质）。 均质体的光 率体的切面
Bxa“//”Ng，Ng=Bxa，Bxo一定“//”Np，即 Bxo= Np。相应的矿物叫二轴晶正光性矿物。
2.二轴晶负光性光率体（-）： 当Ng-Nm＜Nm-Np时，为负光性光率体。
Bxa=Np，Bxo=Ng。 相 应 的 矿 物 叫 二 轴 晶 负 光 性 矿物。
二 轴 晶 光 率 体
三、二轴晶光率体
微观结构不同，折光率值是透明鉴定矿物最可 靠的常数之一。
三、全反射及其临界角
1.全反射临界角 当光从光密介质射入光疏介
质，折射光线沿界面传播时相应 的入射角叫全反射临界角。
2、产生全反射的必要条件 ①从光疏介质射入光密介质。 ②入射角≥全反射临界角。
3、阿贝折光仪的制成原理 如果玻璃块上方介质为n，反射
1 nm=10 Å =10-3μ（微米） =10-6mm（毫米）
§2 自然光和偏光
根据光波的振动特点，把光可分为自然 光和偏光。 自然光：是指直接由光源发出的光，自然 光的光波振动方向在垂直于光波传播方向 的平面内，作任何方向的等振幅的振动。 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 个固定方向上振动的光波，称为偏振光或 偏光。
Vi/ Vγ= Sinⅰ/ Sinγ=N ……..…..③
当两种介质一定时，N值永远是一个常数， 我们把N称为折射介质对入射介质的相对折射 率，当入射介质是真空时，称N为绝对折射率 ，简称折射率或折光率。我们把③式为折射定 律。
晶体光学实验报告例文
一、实验目的1. 了解晶体光学的基本原理和实验方法。
2. 掌握晶体光学性质的测量方法，包括折射率、双折射率、光吸收等。
3. 通过实验，加深对晶体光学性质的理解，提高分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理晶体光学性质是指晶体对光传播、折射、反射、吸收等现象的影响。
晶体具有各向异性，即在不同方向上的光学性质不同。
本实验主要研究晶体对光的折射、双折射和光吸收等性质。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：折射仪、双折射仪、光吸收仪、光学显微镜、光栅、光源等。
2. 实验材料：各种晶体样品、滤光片、透镜等。
四、实验步骤1. 折射率的测量（1）将晶体样品放在折射仪的样品台上，调整样品台，使晶体表面与折射仪的光束垂直。
（2）打开光源，调整光束，使其通过晶体样品。
（3）观察折射仪的读数，记录晶体的折射率。
2. 双折射率的测量（1）将晶体样品放在双折射仪的样品台上，调整样品台，使晶体表面与光束垂直。
（2）打开光源，调整光束，使其通过晶体样品。
（3）观察双折射仪的读数，记录晶体的双折射率。
3. 光吸收的测量（1）将晶体样品放在光吸收仪的样品台上，调整样品台，使晶体表面与光束垂直。
（2）打开光源，调整光束，使其通过晶体样品。
（3）观察光吸收仪的读数，记录晶体的光吸收系数。
4. 晶体光学性质的观测分析（1）使用光学显微镜观察晶体样品的形态、结构等特征。
（2）根据实验数据，分析晶体的光学性质，如折射率、双折射率、光吸收等。
五、实验结果与分析1. 折射率的测量结果：实验测得晶体样品的折射率为n = 1.532。
2. 双折射率的测量结果：实验测得晶体样品的双折射率为δ = 0.018。
3. 光吸收的测量结果：实验测得晶体样品的光吸收系数为α = 0.002。
4. 晶体光学性质的观测分析：通过光学显微镜观察，发现晶体样品具有明显的双折射现象，说明晶体具有各向异性。
结合实验数据，分析晶体样品的光学性质，得出以下结论：（1）晶体样品的折射率较高，有利于光的聚焦和传播。
《晶体光学及光性矿物学》课程教学大纲
《晶体光学及光性矿物学》课程教学大纲课程编码：612006课程名称：晶体光学及光性矿物学课程英文名称：Crystal Optics and Optical Mineralogy开课学期：2学时/学分：48（其中实验学时34学时）/3课程类别：学科基础课开课专业：地质学、资源勘查工程、地理科学、应用地球化学选用教材：倪志耀. 晶体光学. 北京：地质出版社，2011主要参考书：1. 李德惠. 晶体光学. 北京：地质出版社，19842. 陈芸箐. 晶体光学原理. 北京：地质出版社，19873. 孟庆丽. 光性矿物学简明教程. 北京：地质出版社，19954. 北京大学地质学系岩石教研室. 光性矿物学. 北京：地质出版社，19795. 康维国，梁万通，刘雅琴. 晶体光学. 长春：东北师范大学出版社，19936. 常丽华，陈曼云，金巍，李世超，于介江. 透明矿物薄片鉴定简明手册. 北京：地质出版社，2006.一、课程简介晶体光学及光性矿物学是地质学、资源勘查工程、地理科学、应用地球化学专业的一门学科基础课。
它是利用偏光显微镜来研究可见光下透明矿物所产生的光学现象及基础原理的一门科学，主要内容包括光在晶体中传播特性、光率体、光性方位等晶体光学基础知识，偏光显微镜的构成和使用方法，单偏光系统、正交偏光系统和锥光系统下所产生的光学现象及成因，以及最常见的主要造岩矿物的鉴定特征。
通过本课程的学习，学生将了解偏光显微镜的基本构成及其使用方法，掌握使用偏光显微镜系统研究、鉴定透明矿物的基本原理和基本方法，学会利用工具书鉴定常见的造岩矿物. 该课程的学习将为后续岩石学等学科基础课的学习及科研工作打下坚实的基础。
Introduction to the courseCrystal Optics and Optical Mineralogy is a specialized core course for Geology, Resource Exploration, Geography Science Specialty, and related. Optical phenomenon and underlying principle of transparent minerals under visible light were investigated by means of polarized microscope. The content of this course include the spread characteristics of light (beam) through crystal, and indicatrix, optical orientation and related basic knowledge, composition and application of polarized-light microscopy, optical characteristics of transparent minerals appeared in the systems of monopolarizer, crossed polarizer and conoscope and their genesis, and the determinative characteristics of most common rock-forming minerals. Having followed this course, students should understand basic composition and the application of polarized-light microscopy, hold the fundamentals and method for identification of transparent minerals by use of polarized-light microscopy, and learn identifying common transparent minerals by the reference books. It may lay a solid foundation for the study of the following courses such as Petrology and so forth, as well asscientific research.二、课程性质、目的与任务晶体光学及光性矿物学是一门学科基础必修课，它是在学生掌握了地球科学概论、结晶学及矿物学这两门相关知识的基础上进行的教学。
实验课-单偏光镜下晶体光学性质(1)
解理夹角及夹角测量
在矿物中，可以出现一个方向或多个方向的解理。镜下 观察时，常把同一方向的解理缝称为一组。如在普通角闪石和 普通辉石的平行c轴的切面上，只可以见到一组解理缝；而在 垂直c轴的切面上，可以见到两组解理缝。这两组解理缝在结 晶学上同属{1lO}单形，故称为{110}解理。
在同一切面上有两组解理，则两组解理之间的夹角称为解 理夹角。不同的矿物有不同大小的解理夹角，如普通角闪石的 {1lO}解理夹角为124o 和56o ，而普通辉石的{110}解理夹角为 87o和93o。因此，在切片中通过测定解理夹有解理，但不同的矿物在解 理的方向、完善程度及解理角方面可以是各不 相同的。特别是解理的方向往往与晶面、结晶 轴有一定的空间关系，故它的出现对于判别晶 体的晶系、光性方位等是十分重要的。所以， 解理是鉴定矿物的一个重要依据。
在薄片中，矿物的解理表现为一组平行的暗色 细缝，称为解理缝。在磨薄、磨平切片的过程中， 由于机械力的影响，矿物沿解理面裂开，使得树 胶充填其中。由于绝大部分情况下，矿物的折射 率(N)大于树胶的折射率(n)，垂直薄片的透射光 在两者的界面处会发生全反射现象，致使解理面 的上方由于光线转向而形成一条平行解理面的细 长暗带，即解理缝。
颜色、多色性和吸收性观察 白光透过薄片中的晶体时，其能量 总是要被吸收掉一部分。不同矿物往往 以不同的强度吸收白光中不同频率的光 波，由此产生了晶体的颜色、多色性、 吸收性等光学现象。
一、颜色
白光是由红、橙、黄、绿、蓝、青、 紫七种不同频率的单色光按一定比例混合 组成。根据混合一互补原理，对顶象限的 两种颜色为互补色，两者等浓度混合就互 相抵消而呈白色；反之，白光中某单色光 被减弱时，白光就转化为其对顶象限单色 光的颜色。此外，如果相隔的单色光等浓 度混合，就呈现两者之间所夹的单色光的 颜色；反之，白光中两种相隔的单色光被 减弱时，白光就转化为两者之间所夹的单 色光的对顶象限单色光的颜色。
实验课-正交偏光镜下的晶体光学性质(1)
如果在载物台上放置一个非均质体非 垂直光轴的岩石切片，旋转载物台，则可 以看到岩石薄片中的矿物呈现的各种色调 的颜色，这些颜色称为干涉色；旋转载物 台，干涉色色调不变，但干涉色亮度下降， 直至黑暗。旋转载物台360°，则干涉色发 生四次明暗交替变化。此称之为四次消光。 非均质体非垂直光轴的切片均呈现四 次消光。
用单色光照射，在正交偏光系统下，沿偏 光显微镜的试板孔徐徐插入石英锲。随着石英 楔厚度的逐渐增大，光程差也逐渐增大，由 0→0.5λ0→1λ0→1.5λ0→2λ0→2.5λ0→3 λ0→3.5λ0→4λ0—…；同时，在视域内相继 呈现明暗相间的条带。 暗带的位置表示该处通过石英楔的两束偏 光的光程差等于单色光半波长的偶数倍 (R=nA0)，光被抵消；亮带的位置表示光程差 等于单色光半波长的奇数倍(R=(2n+1) λ0/2)， 光被加强。
实验目的要求，
1．学会正交偏光镜的检查与校正方法。
2 ．认识 1 — 3 级干涉色及高级白干涉色的 特征。 3 ．学会使用石膏试板，云母试板购定矿 片上光率体椭圆半径方向和名称的方法。
实验内容 1．检查上、下偏光镜的振动方向是否正交，目镜十字 丝是否与上、下偏光镜振动方向一致。如果不正交， 不一致则需要校正。 2.正交偏光镜间，从试板孔缓缓插入石英楔，观察1— 3级干涉色级序及各级的特征。
3．观察方解的高级白干涉色，在矿片45°位置时加 入石膏试板、云母试板后，视察干涉色是否变化；
4. 使用云母试板，测定具清晰解理缝的白云母矿片上 光率体椭圆半径的方向和名称。 5.在具一级灰干涉色的石英或钾长石矿片上(45°位 置)，加人石膏试板，观察矿片干涉色的升降变化。
实验报告： 1、在正交偏光镜下插入云母试板、 石膏试板和石英楔，观察其干涉色 特征； 2、在6号岩石薄片中找到黑云母 （具一组极完全解理），测定黑云 母平行解理缝方向上的光率体椭圆 半径名称。
晶体光学基础
第三节 光率体
6. 二轴晶光率体 6.4 主要切面类型及特征
(1)垂直光轴切面 （OA） (2) 平行光轴面切面（//AP） (3) 垂直Bxa切面：（+）NmNp面 （－）NgNm面 (4) 垂直Bxo切面：（+）NgNm面 （－）NmNp面
(5) 斜交切面：Ng’Np’面
各个切面特征见图示
⊥OA切面
光 轴
光波沿非均质体的特殊方向入射时，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；低级晶族具有两个这样的特殊方向，称为二轴 晶矿物。
第三节 光率体
1. 光率体的由来
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。
第一节 光的基本性质
• • 光(波)具有“波粒”两相性 晶体光学主要利用的是光的波动理论. 光(波)是一种电磁波 电磁波谱中频率较高,波长范围较短(390—770nm)的 一个区段,由波长不同的七色光组成. 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.
第三节 光率体
6. 二轴晶光率体 6.1 推导（略）
a=Ng c=Nm
a=Ng
Ng（a）
1.715
1.680
1.715
c
b=Np 1.651
a
b=Np
1.651 1.680
b
c=Nm Nm（c）
Np （ b）
⊥c
⊥a
⊥b
第三节 光率体
6. 二轴晶光率体 6.2 主要特征（要素）
(1) 三轴不等的椭球体。 (2) 三个光学主轴（Ng、Nm、Np轴）。 (3) Ng、Nm、Np（三个主折射率且 Ng ＞ Nm ＞ Np）。 (4) 三个主轴面(彼此之间互相垂直)。 (5) 两根光轴(OA)。
晶体光学复习思考题参考答案教学内容
晶体光学复习思考题参考答案教学内容晶体光学课后复习思考题参考答案（若有部分错误，请谅解~）第⼀章1.研究透明矿物的晶体光学性质应⽤哪种光？为什么？参考答案：根据实验的需要；不同的晶体光学性质需要⽤不同的光来鉴定。
2.矿物折射率的⼤⼩与哪些因素有关？参考答案：矿物⾃⾝构造3.①光波在均质体和⾮均质体中的传播特点有何不同？②为什么？参考答案：①光波射⼊均质体中，发⽣单折射现象，基本不改变⼊射光波振动特点和振动⽅向。
P5；光波沿光轴⽅向射⼊⾮均质体中时，不发⽣双折射，基本不改变⼊射光波的振动特点和振动⽅向。
光波沿⾮光轴⽅向射⼊⾮均质体中时，⼊射光波会发⽣双折射⽽分解形成两种偏光。
P5；②由于均质体的光学性质各个⽅向相同，⽽⾮均质体的光学性质随⽅向的不同⽽不同。
4.①光波在⾮均质体中传播时，其传播速度及相应折射率⼤⼩是取决于光波的传播⽅向还是取决于光波的振动⽅向？②为什么？参考答案：①取决于光波的振动⽅向P6；②根据电磁波理论，组成物质的原⼦或离⼦受电磁波扰动将极化成偶极⼦，可见光波在吴志忠的传播主要就是通过偶极⼦的感应振动来进⾏的。
在晶体中使振动偶极⼦回复到平衡位置的回复⼒强度控制光波的传播速度。
因此，光波在⾮均质体中的传播速度取决于光波的振动⽅向。
P65.绘出⼀轴晶负光性光率体的三种主要切⾯，并注明每⼀个切⾯的半径名称。
垂直光轴切⾯斜交光轴切⾯平⾏光轴切⾯P96.解释下列名词：光率体、⼀轴晶、⼆轴晶、光轴、常光、⾮常光、光学主轴、主轴⾯、光轴⾯、光轴⾓、Bxo、Bxa、双折射率。
光率体：表⽰光波在晶体中传播时，光波的振动⽅向与相应折射率之间关系的光学⽴体图形。
P6⼀轴晶：只有⼀个光轴的⾮均质体称⼀轴晶。
P5⼆轴晶：有两个光轴的⾮均质体成为⼆轴晶。
P5光轴：在⾮均质体中，不发⽣双折射的特殊⽅向成为光轴（Z轴、OA）P5常光：当光波射⼊⼀轴晶时，发⽣双折射形成两种偏光，其中振动⽅向垂直Z晶轴，其传播速度及其相应折射率值不变的偏光称为常光，以符号”o”表⽰。
晶体的光学性质与光学材料
晶体的光学性质与光学材料光学是研究光的传播、反射、折射、干涉和衍射等现象的学科，而晶体的光学性质与光学材料则是光学领域中的一个重要分支。
晶体作为一种常见的物质形态，在光学研究和应用中具有重要的地位。
本文将探讨晶体的光学性质以及晶体在光学材料中的应用。
一、晶体的光学性质晶体是由大量原子或分子按照一定的空间排列方式而形成的固态物质。
晶体具有许多独特的光学性质，包括光的折射、偏振、透明度等方面。
1. 光的折射光在传播过程中，当遇到介质边界时会发生折射现象，即光线改变传播方向。
晶体作为一种介质，也会使光线发生折射。
晶体的折射率与入射光线的角度、晶体的内部结构以及晶体的光学常数等因素密切相关。
晶体的折射现象使得晶体在光学器件中具有广泛的应用，如光导纤维和光学棱镜等。
2. 光的偏振光波通常是沿着一个方向传播的，称为光的偏振。
晶体的结构对光波的偏振态有明显的影响。
某些晶体能够选择性地吸收某个特定方向的光，称为吸收偏振现象。
另一些晶体则会将非偏振光分解成两个偏振方向相互垂直的线偏振光，称为双折射现象。
晶体的偏振性质对于光学仪器的设计和光的调控具有重要意义。
3. 光的透明度晶体通常具有良好的透明性，即能够使光线透过而不发生明显的散射或吸收。
这使得晶体成为制作光学器件的理想材料之一。
晶体的透明度与晶体材料的结构、晶格缺陷以及晶体的质量等因素密切相关。
例如，高纯度的单晶体具有较高的透明度，而晶体内部的杂质或缺陷则会影响晶体的透明性能。
二、光学材料中的晶体应用晶体作为光学材料在众多光学领域中得到广泛应用。
下面主要介绍晶体在光学器件、激光技术和光电子学中的应用。
1. 光学器件晶体作为一种优质的光学材料，被广泛应用于各种光学器件中。
例如，晶体可以用来制作光学棱镜、光学透镜、光栅和偏振器件等。
这些器件在光学测量、光学通信和光学仪器中起着重要的作用。
2. 激光技术晶体在激光技术中扮演着重要的角色。
晶体可以用来制作激光器的工作介质，通过精确的晶体生长和掺杂技术，可以实现特定波长和高效输出的激光器。
第一章晶体光学基础.
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二、一轴晶光率体
中级晶族矿物晶体的水平晶轴单位相等，其水平方向上的光 学性质相同。根据测定，这类矿物有最大和最小两个主折射率值， 即Ne和No表示。
当光波振动方向
●∥Z轴时，折射率值为Ne； ●⊥Z轴时，折射率值为No； ●斜交Z轴时，折射率值介于Ne >Ne’> No。 Ne’值大小随光波振动方向与Z轴的夹角角大小而变化。
与r = 90°相应的入射角称全反射临界角（如 图3全反射临界角为30°）。设上方介质的折射率 值为n，玻璃块的折射率为N（N > n），以φ角代 表全反射临界角，则：
sin φ/sin 90°= n / N
n = N. sin φ
由上可知，如果某介质的N值为已知值时，则 可根据全反射临界角计算出另一的介质n值。
是：在垂直光波传播方向的平面内，各个方向上都有等振幅的光 振动（图4A）。
偏振光 只在垂直传播方向的某一固定方向上振动的光波，称
平面偏振光，简称偏振光或偏光（图4B）。偏光振动方向与传播 方向所构成的平面称振动面。
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§3 光的折射及全反射
一、光的折射及折射率
当光波从一种介质传到另一 种介质时，在两种介质的分界面 上将发生反射及折射现象。
测定折射率的阿贝折射仪就是利用全反射原理 设计制成的。
n（N>n） N
入射线 16
§4 光波在均质体和非均质体中的传播特点
1、晶体的分类 根据透明物质的光学性质，可划分为两大类： 均质体 等轴晶系矿物和非晶质物质的光学性质各方向相 同，称为光性均质体，简称均质体，如石榴石、萤石、火山玻 璃、加拿大树胶等都是均质体。 非均质体 中级晶族和低级晶族矿物的对称程度低于等轴 晶系矿物，其光学性质随方向而异，称为光性非均质体，简称 非均质体，如石英、长石、橄榄石等。绝大多数造岩矿物属于 非均质体，是我们研究的重点。
晶体光学及光性矿物学
《晶体光学及光性矿物学》教学大纲(总学时：50学时)●序言：晶体光学的研究内容及其在岩石学中的地位，晶体光学的学习方法及要求。
第一章：晶体光学基础自然光与平面偏振光；光的折射、反射和全反射；光波在介质分界面上的折射定律。
光在光性均质体和非均质体中的传播特点。
双折射现象，光轴位置。
光率体的概念；均质体光率体、非均质体光率体。
一轴晶光率体及其特征：常光(No)与非常光(Ne)；正光性与负光性；一轴晶光率体主要切面及切面特征：垂直光轴、斜交光轴、平行光轴。
二轴晶光率体及其特征：光学主轴及主折射率(Ng、Nm、Np)、光轴(OA)、光轴面(Ap)、主轴面(NgNp面、NgNm面、NmNp面)、光轴角(2V)、锐角等分线(Bxa)、钝角等分线(Bxo)、正光性与负光性；●二轴晶光率体主要切面及切面特征：垂直光轴、斜交光轴、垂直(Bxa)、垂直Bxo、平行Ap等五种切面。
中级晶族和低级晶族的光性方位。
第二章：偏光显微镜及岩石薄片偏光显微镜的构造、检查与校正，使用与保养。
岩石薄片磨制法简介(参观磨片厂)。
第三章：单偏光镜下的晶体光学性质单偏光镜的装置，调节与校正。
●矿物结晶形态、集合体形态与切片形态。
●矿物切片上的解理，可见临界角，完善程度及解理夹角测定。
●矿物颜色，多色性及其成因。
●矿物切片的边缘特征，突起与糙面，贝克线，色散效应(折射率色散)，相对折光率高低的比较，突起等级的确定，闪突起。
第四章：正交偏光镜下的晶体光学性质正交偏光镜的装置、特点、调节与校正。
●晶体的消光现象及消光位。
●正交偏光镜下光波的干涉原理，光程差及其影响因素，干涉色的成因，干涉色级序及各级序的特征，干涉色色谱表，异常干涉色(双折射色散)。
●补色法则及主要补色器(云母试板、石膏试板、石英楔、贝瑞克消色器)。
●矿片上光率体椭园半径方向及轴名测定。
●矿物主要光学性质的测定：矿物干涉色级序，双折射率的测定；消光类型、消光角、晶体延性符号的测定。
晶体矿物的光学性质一概述
•如角闪石多色性公式为：Ng=深绿色，Nm=黄绿色，Np=浅黄色。 •1．选择具有两组解理、解理缝细而清晰的颗粒，升降镜筒，解 •吸收公式为：No＞Ne •2．旋转物台，使一组解理缝与目镜竖丝重合或平行，记下载物 •薄片中矿物的颜色比手标本上的淡。 •3．旋转物台，使另一组解理缝与 •如电气石： 多色性公式为：No=深蓝色、Ne=浅紫色。 •如电气石： 多色性公式为：No=深蓝色、Ne=浅紫色。 •另一个最好是垂直光轴的切面。 •如角闪石多色性公式为：Ng=深绿色，Nm=黄绿色，Np=浅黄色。 •选哪个切面观察及测定多色性公式？ •（2）暗色矿物：如黑云母、角闪石等。 •3．旋转物台，使另一组解理缝与 •2、解理的等级 根据解理缝的特征可将解理发育的完善程度大略划分三个等级： •预习：边缘、贝克线、糙面、突起的概念； •深绿 黄绿 浅黄 •将此颗粒移至视域中心，使解理缝交点与十 •以电气石、黑云母及角闪石为例：
3、多色性吸收公式
以电气石、黑云母及角闪石为例：
电气石 No＞Ne
深蓝 浅紫
黑云母 Ng≈Nm＞Np
深棕 浅黄
普通角闪石 Ng＞Nm＞Np
深绿 黄绿 浅黄
复习：偏光显微镜和其它显微镜的区别； 单偏光镜下矿物的形态、解理、颜色
及多色性（概念及应用）。
预习：边缘、贝克线、糙面、突起的概念； 第二节。
第一节 单偏光镜下晶体光学性质
单偏光镜下观察和测定矿物的光性特征有：矿物的形态和 解理，颜色和多色性，以及与矿物折光率有关的突起、糙面、 贝克线等光学性质。
一、晶体矿物的形态
横切面
纵切面
二、解理及解理夹角的测定
（一）解理 1、解理的概念 矿物的解理面在薄片中表现为平行的细缝，称解理缝或解理纹。
第一章：晶体光学基础理论
●低级晶族矿物的光性方位
斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系
A: 斜方晶系矿物的光性方位 B：单斜晶系矿物的光性方位 C：三斜晶系矿物的光性方位
第四节 色散
在物理学中，色散失指白光（复色光）通过透明物质 后分解为单色光而形成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫 连续光谱的现象。 ●白光是由多种色光组成。 ●透明物质对不同波长光波的折射率是不同的。 ●折射率的色散 ●双折射率的色散 ●光率体色散
一轴晶
负光性
垂直光轴切面 No
平行光轴切面 Ne
偏光显微镜技术
任意切面
椭圆：Ne’—No
正光性： Ne’＞No
负光性： Ne’＜No
偏光显微镜技术
二轴晶光率体 —三轴椭球体
偏光显微镜技术
二轴晶光率体的形态：三轴椭球体 斜方晶系 单斜晶系 三斜晶系 Ng>Nm>Np
偏光显微镜技术
二轴晶光率体的要素
偏光显微镜技术
折射率色散
透明物质的折射率随入
射光波波长不同而发生
改变的现象称为 折射率色散
一轴晶体折射率色散曲线 —色散线 单偏光镜下可以见到折射 率色散—洛多奇尼科夫色
散效应。
偏光显微镜技术
双折射率色散
非均质体矿物，其光学性质随方向 不同而异，其中折射率色散也随方
向不同而异。因此，非均质体矿物
偏光显微镜技术
二轴晶光率体的切面类型
A. 垂直OA的切面 B. 平行OAP的切面 C. 垂直Bxa的切面（＋）
D.垂直Bxa的切面（－）
E. 垂直Bxo的切面（＋） F. 垂直Bxo的切面（－） G.任意斜交切面 H.垂直OAP的斜交切面
第三节 光性方位
光性方位是指光率体在晶体中的
正交镜间晶体光学性质课件
的偶数倍，使该部分单色光抵消或减弱；同时该光程差又 可能相当或接近于另一部分单色光半波长的奇数倍，使另 一部分单色光不同程度加强。
不同程度加强的单色光混合，构成与该光程差相应的混
合颜色，它是白光通过正交镜间矿片后，经过干涉作用形 成的，故称为干涉色。
干涉色不是矿物本身的颜色，与单偏光镜下矿片显示的
正交镜间晶体光学性质课件
17
⑴如果光源为单色光时，在正交镜间45°位置插入 石英楔，视域内将逐渐出现明暗相间的干涉条带。
正交镜间晶体光学性质课件
18
明暗条带间距取决于单色光的波长。红光的波 长最长，其明暗条带间距也最大，紫光的干涉条 带间距则最小。
正交镜间晶体光学性质课件
19
⑵若光源为白光时，除R＝0外，任何一光程差都 不可能同时等于各个单色光半波长的偶数倍，所以 不可能使七种单色光同时抵消而出现黑带。
具体表现为干涉色级序降低（比原 来干涉色级序高的矿片降低，不一定 比原来干涉色级序低的矿片降低）。 若R1＝R2，则R＝0，此时矿片消色 而变黑暗。
正交镜间晶体光学性质课件
36
补色法则的应用：
在两个晶体切片中，如果有一矿片的光率体椭 圆半径名称及光程差为已知，当它们在正交镜间 45°位置重叠时，观察干涉色级序的升降变化，根 据补色法则可以确定另一个矿片的光率体椭圆半径 名称及光程差。
正交镜间所呈现干涉色的互补色。
例如R为550nm时，在正交镜间呈现一级紫红干涉色， 而在平行偏光镜间则呈现黄绿色干涉色。
❖薄片鉴定中，平行偏光镜间的观察较少。一般可用于区 分一级灰白与高级白干涉色。正交镜间的一级灰在平行 偏光镜间则变为暗橙红色，而高级白仍为白色。
第一章 晶体光学性质(6学时)
授课教师：赵 峰 TEL:13709046007
2011年9月
1
绿柱石（海蓝宝石，祖母绿）
2
黝铜矿
黄铁矿
辉锑矿
3
彩色水晶
• 上图:天然六射星光蓝宝石 • 下图:黄水晶
4
斑状结构：斑晶和基质 为两个世代
似斑状结构：斑晶和基 质为同一世代的产物
5
电气石显微镜下特征
6
橄榄石显微镜下特征
一 、 矿物的透明度、光泽与发光性
发光性：矿物晶体在外来能量的激发下，发出可
见光的性质，属于冷发光范畴。 晶体在外界能量的激发下发光，当激发作用一旦停
止，发光现象在10-8s内迅速消失。这种发光现象称为 “荧光”。如果发光现象在激发作用停止后仍能持续达 10－8s 以上（有时可能达数小时）时，称为“磷光”。
21
2.自然光与偏振光
在矿物岩石薄片研究中主要应用平面偏光，而在不 透明矿物及矿石的研究中经常应用到圆偏光和椭圆偏光。
自然光和偏振光是同一事物的两个侧面，二者可相 互转化。偏振光与自然光同样具有颜色，具有折射、反 射与吸收, 波法线可与光线分离(常光与非常光之分)， 可发生干涉与衍射。
22
二、光的折射、反射与吸收
＝ωλ／2π
光强 ：I＝KA2 波动方程：Y=Acos(ωt+θ) 其中ωt+θ称位相
光在介质中传播，既是光能的 传播，也是光波位相的传播。
按照惠更斯原理，光在某一介 质中传播时，某一瞬间光波所到 达的连续表面，称为“波前”(等 时界面)。
平行光波在均质介质中传播时， 任意瞬时的波前都是平面，其与 平行传播方向的平面相交为一直 线。
10
第一章 矿物的结晶质属性及其光学性质
晶体的光学性质
c2
x2
负单轴晶折射率面
x3
x2
n2 n1
n2
c1
n3
x1
n3
n1 n2 n3
x1
双轴晶折射率面的主轴截面
晶体的线性光学性质
折射率的色散： 当光波的波长变化时，折射率会相应的改变
n2
A
2
B1 B2
C1
C2 2
其中，A, B1, B2,C1,C2为待定系数， 为真空中波长。
光率体或折射率面的色散：由于主折射率随波长而变化，晶体中光率体和
36 0.76 31 -6.3 22 3.6 33 -47
31 -20 32 -20
33 -26 31 12.6 22 13.4 14 6.6
31 -6.6 33 -7.8 11 150
11 9204300
11 57
相对值
（ in / 36 KDP ）
1 1.21 10 5.8 75 31 31 42 20.0 21.3 10.5 11.9 12.4 240 1460 90
晶体的线性光学性质
晶族
高级晶族 （光学均质体）
晶
体
的 中级晶族
（单轴晶）
分
类
：
低级晶族 （双轴晶）
晶系
立方晶系
三方晶系 四方晶系 六方晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系
对称特点（特征对称要素）
晶胞参量
独立参量个数
多
于 一
在立方体对角线方向有四
abc
个 个3次轴（旋转轴或旋转
高 次
倒反轴）
90o
递增
直线-椭圆-圆-椭 圆-直线
直线-不同取向 的椭圆-直线
晶体光学第一章
前言《晶体光学》主要是研究可见光（其波长范围大致为390-770 mμ，由紫、青、兰、绿、黄、橙、红等颜色组成）通过透明晶体所产生的一些光学现象及其规律的一门科学。
不同的晶体，其光学性质不同，因此，晶体光学是研究鉴定透明矿物的重要方法。
因岩石基本上是由透明矿物所组成的，故晶体光学鉴定法是鉴定岩石最基本的和最广泛应用的方法，《晶体光学》是《岩石学》课程的一个组成部分。
第一章晶体光学基础第一节光的性质1、光是一种电磁波。
光既有粒子性，又有波动性。
2、光波是一种横波，光波的振动方向垂直传播方向。
3、1 mm(毫米) =106mμ(毫微米)3 、折射率的几个问题：⑴ N称为折射介质对入射介质的相对折射率。
如果入射介质为真空或空气，则称N为绝对折射率，简称为折射率。
⑵ N与光波在介质中的传播速度成反比，即介质中光的传播速度愈大，折射率愈小。
⑶介质的折射率N与介质的密度有关。
对于硅酸盐矿物来说，与其晶体结构有关，岛状构造的橄榄石→单链构造的辉石→层状构造的云母，N递减。
第三节自然光与偏光1、自然光在垂直光波传播方向的平面内，各个方向都有等振幅的光振动。
如太阳光、灯光等。
2、偏振光在垂直光波传播方向的某一固定方向上振动的光波。
偏振光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动面。
第四节光在均质体和非均质体中的传播特点1 光性均质体（光学性质各个方向都相同，高级晶族晶体、非晶质体属于光性均质体）⑴光波在均质体中传播时，无论在任何方向上振动，其传播速度与折射率值不变。
⑵光波入射均质体发生单折射现象，不发生双折射也不改变入射光的振动性质。
入射光为自然光，折射光仍为自然光。
入射光为单偏光，折射光仍为单偏光。
2 光性非均质体（光学性质随方向而异，中级和低级晶族晶体属于光性非均质体）⑴光波在非均质体中传播时，其传播速度和折射率值随振动方向的不同而发生改变，即有无数个折射率值。
⑵光波入射非均质体，除特殊方向以外，会改变其振动特点，分解成为振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两条偏振光，这种现象就称为双折射。
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10
紫外线
见
可见光
103
红外线
105
光
107
短无线电波
放
109
广播波段
1012
大
长无线电波
1015
390（n m） 紫
430 靛
460
蓝
500
绿
570 黄
590 橙
650 红
770
光波作为电磁波，是依靠交变电磁场之间的相互作 用而传播。光波是一种横波，传播方向与振动方向相互 垂直。
波速：V＝ƒλ＝λ／T
上而其余方向振动完全消除（或部分消弱）时，则称为 “偏振光”（或称为部分偏光），简称偏光。
18
2.自然光与偏振光
自然光经由某些物质的折射、双折射、反射或吸收 后，可以使其光矢量的振动被局限在某个确定方向上， 从而使自然光变为偏振光，这种现象称为“光的偏振 化”。
19
2.自然光与偏振光
incoming ray is non-polarized
平行光波的波前和波法线
点光源发出的光波在均质介质 中传播时，任意时刻的波前都是 圆球面，在平面上看是一个圆。
波前的法线方向称“波法线”。
点光源光波的波前和波法线
波法线方向与光线方向具有不 同的涵义，光线是指光能传播的方 向，而光的波法线方向是指相位的 传播方向。
在均质介质中，波法线方向与 光线的方向平行或重合；而在非均 质介质中，除了个别的特殊方向以 外，波法线方向与光线方向一般不 相互重合。
23
二、光的折射、反射与吸收
反射定律：
➢入射光、法线、反射光共面； ➢入射光和反射光位于法线两则；
➢入射角＝反射角
折射定律： ➢入射光、法线、折射光共面； ➢入射光和折射光位于法线两则； ➢入射角i的正弦与折射角r的正弦之比，为一常数。
sin i / sin r = N 1-2 N 1-2为折射介质对入射介质的(相对)折射率。 ➢当入射介质为真空(空气)时，称为绝对折射率，以N 表示。
矿物岩石薄片研究基础
授课教师：赵 峰 TEL:13709046007
2011年9月
1
绿柱石（海蓝宝石，祖母绿）
2
黝铜矿
黄铁矿
辉锑矿
3
彩色水晶
• 上图:天然六射星光蓝宝石 • 下图:黄水晶
4
斑状结构：斑晶和基质 为两个世代
似斑状结构：斑晶和基 质为同一世代的产物
5
电气石显微镜下特征
6
橄榄石显微镜下特征
第一节 光学基础知识 一、光的本质与偏振光
1.光的本质
光具有粒子和波动双重性质。无线电波至γ射线的 各种电磁波组成连续的电磁波谱，肉眼能感知的可见光 波是其中波长为390〜770nm的一小段。
1nm=10A（埃）=10-3µm＝10-6mm＝10-9m
12
波长（n m）
10-5
γ射线
可
10-1
1
χ—射线
24
二、光的折射、反射与吸收
某一介质的折射率在数值上又等于光在入射介质１中
的传播速度Ｖ１与光在折射介质２中的传播速度Ｖ２之比，
即相对折射率为：
Ｎ１-２＝Ｖ１／Ｖ２＝Ｎ2/Ｎ1
即介质的折射率N与光在该物质中的传播速度V成 反比。光在介质中传播的速度越快，折射率数值愈小， 为“光疏介质”；反之，传播速度越小折射率值愈大， 称为“光密介质。
25
二、光的折射、反射与吸收
折射率的大小还与入射光波 长有关，不同波长的光折射入 同种介质时，其折射率各不相 同 。此现象称为“折射率色 散”。
26
光的Байду номын сангаас射
反射光常用“反射率（Reflectance）”来描述。 反射率（R）指垂直入射光（入射角为0°）经矿物的 光滑表面反射后的反射光强（Ir）与入射光强（Ii）的 比率：R = Ir / Ii
光由一种介质传入另一种介质时，除了光的频率（f）之外，光
的速度（ V ）、波长（λ ）、光强（I）、光矢量的振动特征、光
波相位、波法线与光线的方向等均会发生有规律的变化。
2.自然光与偏振光
自然光： 光波在垂直于光线传播方向的平面内做任
意方向的振动，其振幅均匀对称。
偏振光： 当光矢量的振动被限制在某个确定的方向
10
第一章 矿物的结晶质属性及其光学性质
第二章 偏光显微镜及单偏光镜下矿物薄片研究
主 第三章 正交偏光镜下矿物光学性质的研究
要
研
第四章 锥光镜下矿物光学性质的研究
究
第五章 透明矿物的偏光显微镜鉴定
内
第六章 岩浆岩的偏光显微镜研究
容
第七章 变质岩的偏光显微镜研究
第八章 沉积岩的偏光显微镜研究
11
第一章 矿物的结晶质属性和光学性质
reflected and refracted rays both become polarized
20
2.自然光与偏振光
平面偏光
圆偏光 椭圆偏光
据光矢量的特点，偏振光可分为： 平面偏振光：若光矢量振动方向恒定，在垂直光传播方向的平面内 光矢量振动方向的投影为一条直线。 圆偏光：若偏振光光矢量的振幅不变，而方向随时间变化而变化。 椭圆偏光：若偏振光光矢量的振幅与方向均随时间有规律的变化。
7
全晶质结构（4×）
隐晶质结构（20×） 半晶质结构（10×）
8
斑状变晶结构（10×）（－）： 斑晶为堇青石
斑状变晶结构（10×）（＋）： 斑晶为堇青石
9
课程的目的与意义
课程性质：专业基础课程 目的任务：掌握晶体光学性质的基本理论知识，学会使用显微镜
鉴定及研究矿物(透明)和岩石(岩浆岩/变质岩/沉积岩)，解决生 产实际问题 研究内容： 矿物的形态、解理、光学特性(颜色、多色性与吸收 性、折射率及突起与糙面、双折射率及干涉色、消光类型及 延性、2V角及轴性与光性等)；岩石的矿物组成、结构与构造、 次生变化、成岩作用、孔隙结构等 研究方法：磨制薄片，显微镜工具为主，辅以其它研究方法 重 要 性：基本、方便、快速、廉价、不可替代
＝ωλ／2π
光强 ：I＝KA2 波动方程：Y=Acos(ωt+θ) 其中ωt+θ称位相
光在介质中传播，既是光能的 传播，也是光波位相的传播。
按照惠更斯原理，光在某一介 质中传播时，某一瞬间光波所到 达的连续表面，称为“波前”(等 时界面)。
平行光波在均质介质中传播时， 任意瞬时的波前都是平面，其与 平行传播方向的平面相交为一直 线。
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2.自然光与偏振光
在矿物岩石薄片研究中主要应用平面偏光，而在不 透明矿物及矿石的研究中经常应用到圆偏光和椭圆偏光。
自然光和偏振光是同一事物的两个侧面，二者可相 互转化。偏振光与自然光同样具有颜色，具有折射、反 射与吸收, 波法线可与光线分离(常光与非常光之分)， 可发生干涉与衍射。
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二、光的折射、反射与吸收