晶体光学

第五节 光率体 -- 一轴晶 （1）石英晶体： 平行Z轴（光轴）入射，不发生双折射，在垂直入射方向上，各方向上振动 的光传播速度一样，即介质在这些方向上的折射率值一样，均为No＝1.544； 垂直Z轴入射，双折射为两种偏光；常光No＝1.544,非常光Ne＝1.553,平行Z 轴方向； 斜交Z轴入射，双折射成两种偏光：常光No＝1.544,非常光Ne＇，介于No及 Ne之间。 连接各线段端点，可得一旋转椭球体，旋转轴为光轴（Z轴），长形。平行 Z Z轴（Ne或Ne＇）振动时的折射率总是大于垂直Z轴（No）振动时折射率。Ne ＞No或Ne＇＞No ，为正光性晶体。
一、中级晶族晶体的光性方位：
光轴与晶体的高次对称轴一致； 如石英、方解石。
•均质体 均质体（各向同性介质），光学性质各个方向相同。 •非均质体 非均质体，光学性质随方向而异。 有以下特征： 1.折射率值随振动方向不同发生变化 2.双折射和双折率 3.光轴
冰洲石下的绳子有两个像
第五节 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，折射率值随光波振动方向变化而变化的 一种立体几何图形。即用以说明光波振动方向与相应方向上的折射率值之间关系 的光性指示体。 具体做法：自晶体中心在各振动方向上按比例截取相应的折射率值。所有振 动方向上都可以截取一个线段，把各线段端点连起来，就得到了光率体。 光率体是晶体光学中最重要的一个基本概念。
第五节 光率体 -- 二轴晶 1、光率体形态： 上述三个椭圆切面在空间相互垂直，构成一个三轴不等的椭球体。 以斜方晶系的镁橄榄石为例： 沿Z轴入射：光波→双折射→两种偏光。 实验证明，其它二轴晶矿物都有大、中、小三个主折射率值，分别与互相垂直的三个振动 （a）∥x晶轴（N＝1.715） （b）∥y轴晶（N＝1.651） 故在xoy轴面上获一长短半径分别为1.715 、1.651 的椭圆面。 方向相当。但其Ng. Nm. Np 的大小及方向在晶体中的位置（光性方位）与镁橄榄石不相同。 沿x轴入射：（a）1.651 （∥y轴） （b）1.680 （∥z轴）。 沿y轴入射：（a）1.715 （∥x轴） （b）1.680 （∥z轴）。
第五节 光率体 -- 一轴晶 （2）方解石晶体： 做法同石英晶体，但No＝1.658 ，Ne＝1.486 ,形成以Z轴为旋转轴的扁形旋转椭球 体，光波平行Z轴振动时的折射率（Ne或Ne'）总是小于垂直Z轴振动时的折射率值（ No）,为负光性。
小结：不论正负，Ne都是直立轴 （旋转轴）的主折射率，一轴晶 光率体为旋转椭球体，直立轴为 Ne，水平轴为No，为主折射率， No＞Ne（－）, No＜Ne（＋）, Ne－No为最大双折率。
应掌握
：
七色光的光谱段、 顺序。 白光是各色光的 混合色
第二节 光的折射和全反射
一、光的折射和折射率
1、折射的概念： 光波从一种介质传到另一种介质时， 在两种介质界面上将发生反射及折射。折 射就是光射入另一介质后，不再沿入射前 的方向前进，而是偏离一个角度。
2.折射定律及折射率 （1）折射定律： Vi/Vr ＝sin i/sin r＝N r＝ 当两介质一定时，N为常数，称第二介质对第一 介质的相对折射率。入射介质为真空（空气）时， 称N为折射介质的绝对折射率（折射率）。 n1<n2 i n1 n2 （2） 惠更斯定理证明（略） （3） 要点： 光的折射现象 r
（3）光在冰洲石中的传播： 分解成两种偏光： 常光o,振动方向永远垂直Z轴，V、n 不变。 非常光e：振动方向平行于Z轴与光 波传播方向所构成的平面。V、n随振动 方向不同而改变。 Z轴为光轴方向，光沿此方向入射， 不发生折射。
3、 非均质矿物： 中低级晶族的矿物，大多数是重要的造岩矿物：石英、长石、暗色矿 物等。
（a） 折射率为两介质比较值，各介质与真空比较时为绝对折射率。绝 对折射率不能小于1。 （b） V与N成反比。Vi/Vr＝Nr/Ni （c） N取决于介质晶体性质，故可用之作为矿物鉴定的依据。
二 、光的全反射及全反射临界角
光 由 N 小 → N 大 ， r＜i , 即 Vr＜Vi, sin i/sin r＞1 ，二者相对折射率n＞ 1,此时折射光线靠近法线； 反之，若由N 大 →N 小 ，r＞i ，折射 光线远离法线； 当i不断增大，当i到某一角度时， 光线将不进入N小，此时r＝90°,光线沿界 面传播。此i称全反射临界角。r再增大， 光线折回入射介质发生全反射。（阿贝 折射仪工作原理。）
第五节 光率体 -- 二轴晶 无论光性如何， ⊥Bxa 切面的双折率总是小于 ⊥Bxo 切面上的双折率。 （⊥Bxa） （＋）Bxa=Ng （－）Bxa=Np Nm－Np Ng－Nm ＜ ＜ （⊥Bxo） Ng－Nm Nm－Np
思考：你能否将以上四种切面类型的双折射率大小进行排序？ （5）斜交切面： 即不垂直主轴，也不垂直光轴。 a、半任意斜切面（垂直于一个主轴面的斜交切面），椭圆， 有一个半径为主轴。另 一个为Ng'或Np'，比较重要的是⊥NgNp的切面,含Nm。 b、任意斜交切面， 椭圆，半径为Ng'、Np'，双折率介于 0 与Ng－Np 之间。
一、光在均质体中的传播特点
1、 均质体概念（各向同性介质），光学性质各个方向相同。特定频率的 光波在均质体中传播时，其传播速度不因光波在晶体中的振动方向不同而发 生变化。即均质体的折射率值不因光波在晶体中的振动方向不同而变化。 （即仅有一个折射率，单折射）。与之相反，非均质体中，介质的折射率则 可随着光波的振动方向不同而不同。
第五节 光率体 -- 二轴晶 （三）二轴晶光率体 具两个不发生折射的特殊方向（光轴），低级晶族。 低级晶族（斜方、单斜、三斜晶系）矿 物属二轴晶。这类矿物晶体的三个结晶轴单 位不等，表明晶体三度空间上的不均一性。 实验证明，这类矿物都有大、中、小三个主 折射率值分别与互相垂直的三个振动方向相 当，分别以Ng、Nm、Np表示。与其他振动方 向相当的折射率值变化于Ng、Nm、Np之间。 显然，二轴晶光率体是一个三轴不等的椭球 体（三轴椭球体）。
第五节 光率体 -- 二轴晶
2、二轴晶光率体的要素 •三个主轴：Ng， Nm， Np •三个主轴面：NgNp， NgNm， NmNp •两个圆切面；两个光轴（OA）； •一个光轴面（OAP）； •光轴角：2V •锐角等分线：Bxa（Ng或Np） •钝角等分线：Bxo（Np或Ng）
第五节 光率体 -- 二轴晶 3、二轴晶光率体的光性正负 二轴晶的光性正负以锐角等分线为Ng或Np来确定 锐角等分线为Ng或Np来确定 当Nm 比较接近Np 时，两个圆切面靠近Np ，光轴则接近Ng 。则锐角等分线Bxa=Ng，属 于正光性；（Ng−Nm>Nm−Np） 当Nm 比较接近Ng 时，两个圆切面靠近Ng ，光轴则接近Np 。则锐角等分线Bxa=Np，属 于负光性；（Nm−Np>Ng−Nm）
第六节
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。如前节所讲的镁橄榄石的 x . y .z 轴与光率体三根主轴重合。在鉴定矿物时，光率体是看不到的，而只能观察 到一些结晶学标志，如双晶缝、解理缝、晶体延长方向等。通过这些标志即可对矿 物的结晶轴的方向有所了解。所以可以通过结晶轴判断光率体主轴位置。这就需要 大致知道光率体主轴与结晶轴之间的一般规律。即光性方位。
第五节 光率体 -- 一轴晶
中级晶族矿物晶体水平结晶轴单位相等，其水平方向上的光学性质相同。这类 晶体有最大和最小两个主折射率值，分别以Ne和No表示。其他方向的折光率值变化 于Ne和No之间，一般以Ne'表示。
1、光率体的形态： 以Z轴为旋转轴的旋转椭球体，有正负之分 。下面分别以石英和方解石的光率体为例说明 。
第五节 光率体 -- 一轴晶 2、一轴晶光率体的主要切面
岩矿鉴定中常应用的 是晶体不同方向上的切 面（薄片切面）。所以 必须对光率体几种主要 切面的形状和切面半径 所表示的折射率值十分 熟悉。
第五节 光率体 -- 一轴晶
（1）⊥OA切面： 不发生双折射，不改变特点。 圆，半径为No ，一轴晶仅有一个。（过球心，⊥Z轴） （2）∥OA切面： 分解为两种偏光，平行两个半径。 椭圆：（＋）长半径为Ne，短No , （－）长半径为No，短Ne， 双折率为（Ne－No）,为最大双折率。 （3）斜交光轴切面（最常见） ：分解成两种偏光。 椭圆，（＋）长Ne＇，短No , （－）长No, 短Ne＇， 双折率为No与Ne＇之差，大小介于0与（Ne－No）之间。
第五节 光率体 -- 均质体
二、各类晶体的光率体
（一）均质体 光进入均质体后，不发生双折射，各 方向上振动的光波，具有同样的折射率。 所以光率体是一个圆球体，通过球心中心 的所有切面都是圆切面，切面半径就代表 这种均质体的折射率值。
第五节 光率体 -- 一轴晶
（二）一轴晶光率体 所谓一轴晶就是一类晶体 中级晶族），具有一个特殊 （中级晶族 方向（光轴 光轴），光波沿此方向 在晶体中传播时，不发生双折 射，不改变入射光波的振动方 向。光轴方向即为晶体Z轴方 向。
2、传播特点，基本不改变入射光 波的振动特点和振动方向。（单折 射） 自然光→自然光、 一振动方向偏光 偏光→同
3.均质体矿物，等轴晶系和非晶 质物质：尖晶石、萤石、石榴石、 火山玻璃、树胶。
二、光在非均质体中的传播特点
1、非均质体概念： 光学性质随方向而异。特定频率的光波在非均质体中传播时，其传播 速度随光波在晶体中的振动方向不同而发生变化，即其折射率值随振动 方向不同而发生变化。（折射率值有许多个）
第一篇
晶 体 光 学
第一章 晶体光学基础
第一节 光的波动性 第二节 光的折射和全反射 第三节 自然光和偏振光 第四节 光在均质体和非均质体中的传播特点 第五节 光率体 第六节 光性方位
第一章 晶体光学基础
第一节 光的波动性
一 、 光是一种电磁波
其振动方向垂直于传播方向，是一种横波。