晶体光学基础44页PPT

关于晶体定向时晶轴的安置和轴单位、轴角的表示
晶体定向：
《结晶学》中为表达晶面或 晶棱在晶体中的方位而选择的坐 标系统。（故为结晶学方向）
晶轴：晶体构造中的行列方向； 轴角：尽可能等于90° 轴单位：晶轴方向上行列结点
间距，应尽可能使其相等。
《结晶学》P85图6-2
在高级晶族晶体中
（1）发生单折射； （2）基本不改变入射光波
场交替产生而传播。
故光波具有电磁波的一般特性：
横波—光波的振动方向与传播方向垂直 偏振性—光波仅沿一个方向振动的性质
可见光的波长范围及波长与颜色的关系
《晶体光学》P2图1-2
自然光和偏振光的振动特点
自然光—在垂直光波传播方向的平面内的任何方向上都有等幅 的光振动；
偏振光—在垂直光波传播方向的平面内，只有一个固定方向上 的光振动。
无
低正突起
三方
板、柱状，无 色透明
高正突起
三方
无色粒状集合 两组解理 闪突起显
体
极完全
著
无
一级黄白 一级黄白
高级白
等轴晶 无
一轴晶 （+） 一轴晶 （-） 一轴晶 （-）
无色透明，纵
斜方 切 面 柱 状 、 横
无
切面近正方
一级黄
二轴晶 （+）
1.1 晶体光学基础
1.1.1 光的本性 可见光是一种电磁波，由变化的电场和磁
透射偏光下，可以对材料薄片中的显微组成和结构进行观察分析，但对 无机非金属材料（以透明矿物为主）而言，更主要的是对材料薄片中的组成 相进行光性鉴定。
（2）反射— 光线投射到材料光片表面并反射回到物镜成像
反射偏光下，同样可以对材料光片中的显微组成和结构进行观察分析， 并且由于光片制备较薄片简单、材料结构不易在光片制备过程中遭受破坏， 因此，在不要求矿物光性鉴定的情况下，材料的光学显微分析多采用反射偏 光分析方法。
几个重要的基本概念（2）
➢ 光轴：非均质体中光波沿其入射不发生双折射的方向，用OA表示。 ➢ 一轴晶：其中只有一根OA的晶体。（中级晶族晶体属此类） ➢ 二轴晶：其中有两根OA的晶体。（低级晶族晶体属此类） ➢ 常光：
光波射入一轴晶发生双折射分解的两束偏光中，传播速度（晶体折射率）不 随振动方向不同而改变的那束偏光，以符号“o”表示。
《晶体光学》P3图1-3
➢ 自然光可以通过反射、折射、双折射或选择吸收作用转变成 偏光。
➢ 所利用的光学部件可以是偏光片和偏光镜。
➢ 偏光显微镜就是在光源之后加上一个偏光片/镜，将入射的自 然光（阳光或灯光）改变成偏振光的。
1.1.2 光在晶体中的传播
现象与本质
现象—光发生传播方向的改变，即折射； 本质—晶体中的原子或离子受电磁波扰动而极化成偶极子，正
光学显微分析
利用偏光显微镜对材料的显微组成和结构进行的分 析。
显微组成：材料中各组成相的种类和数量 显微结构：组成相的形态、大小及分布
孔隙的形态、大小及分布
在电子显微镜被广泛应用之前，光学显微分析是最常用的材
料组成与结构的分析方法，常被称为岩相分析。
光学显微分析方法可分为透射偏光和反射偏光两种。
（1）透射— 光源发出的光线穿过材料薄片到达物镜成像。
透射偏光下几种矿物的部分鉴定特征
矿物 名称
方镁石
石英 刚玉 方解石
莫来石
表 1－1 矿物在显微镜下所呈现的部分光性
晶系
颜色与晶形
解理
突起
最高干涉色 轴 性
光性 正负
球粒状集合体或 （晶形规则 等轴 呈四边形、六边 时 ） 解 理 高正突起
形。无色透明（随 完 全
含铁量呈黄、褐色）
三方 粒 状 ， 无 色 透 六方 明
《晶体光学》P8图1-9
几个重要的基本概念（1）
➢ 光学各向同性： 晶体的折射率不随光波振动方向不同而异的性质。
➢ 光性均质体： 具有光学各向同性的晶体。如：等轴晶系矿物和非晶态矿 物。
➢ 光学各向异性： 晶体的折射率随光波振动方向不同而异的性质。
➢ 光性非均质体： 具有光学各向异性的晶体。如：中级晶族和低级晶族矿物.
➢ 非常光：相对于常光的另一束偏光，以符号“e”表示。 ➢ 双折率：双折射产生的两偏光对应折射率之差：N2－N1
➢ N被称为第二介质对第一介质的相对折射率； ➢ 若入射介质为真空（或空气），N称为折射介质的绝对折射
率，简称折射率； ➢ 介质的折射率最终取决于其组成和微观结构(内部质点的种
类及其在空间的排列方式)。
光在晶体中的传播规律：与晶体的结构对称程度有关。
晶族
表 1－5 晶 体 的 晶 格 常 数
源自文库
晶系
轴单位
1 透射偏光显微分析
由于鉴别矿物是光学显微分析的基础，因此在透射偏光显微分析中我们 主要学习有关矿物光性鉴定的理论和方法——《晶体光学》。
《晶体光学》是研究可见光通过透明晶体所产生的 各种光学现象及其规律，同时阐述在偏光显微镜下研 究鉴定透明矿物的基本方法和原理的一门科学。
不同的晶体其光学性质是不完全相同的，所以可以根据其在偏光显微镜 下呈现的光性特征将它们识别出来，这就是矿物的光性鉴定，如：宝石鉴定。 对应的，关于不透明矿物光性鉴定的理论是《不透明矿物的晶体光学》。
轴角
高级晶族 等轴晶系 a=b=c
===90
中级晶族
三方晶系 四方晶系 六方晶系
a=bc
==90； =120 ===90
==90； =120
低级晶族
斜方晶系 单斜晶系 三斜晶系
abc
===90 ==90； 90
90
矿物举例
方镁石，尖晶石
－石英，方解石，白云石 菱镁矿，刚玉
锆英石，金红石 －石英
红柱石，鳞石英 叶蜡石，蛇纹石 硅灰石，蓝晶石
是偶极子的感应振动使光在晶体中继续传播。
结果与规律
结果—光的传播方向（折射 ）和速度发生改变；晶体则产生 各种光学性质，包括折射率。
规律—折射定律；即光在晶体中的传播方向或速度与晶体折射 率之间存在着定量的联系。
光的折射
《晶体光学》P5图1-5
折射定律
N sini Vi sinr Vr
式中：N 折射率； i 入射角； r 折射角； V 光的传播速度
的振动特征。
即：入射光为自然光时，射 入晶体后，在光波振动平面的 各个振动方向上仍有等幅光振 动；为偏振光时，则仍为沿原 方向振动的偏振光，仅仅是传 播方向和速度发生了改变。
《晶体光学》P7图1-7
在中、低级晶族晶体中 （1）一般将发生双折射， 分解成振动方向互相垂直、 传播速度不同的两种偏光； （2）沿特殊方向入射，只 发生单折射，且基本不改 变入射光波的振动特征。