第三章晶体光学基础
晶体光学基础理论
成绩评定
1．实验课，实验报告 20％
2．未知鉴定
20％
3．闭卷考试
60％
第一讲 晶体光学基础知识
晶体光学主要是研究可见光通过透明矿物晶体时的一些光学现 象及其变化规律，由于不同的晶体其光学性质不同（光学各向 异性），从而可以通过 其不同的光学特征鉴定矿物
本讲主要内容
●光学基本知识 ●光率体 ●光性方位 ●色散
二轴晶光率体正光性：Bxa = Ng ( Bxo = Np ) 光轴角 2 V < 90度 二轴晶光率体负光性：Bxo = Ng ( Bxa = Ng ) 光轴角 2 V > 90度
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
A:一轴晶正光性矿物的光性方位，B：一轴晶负光性矿物的光性方位
偏光显微镜技术
●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
ห้องสมุดไป่ตู้
第四节 色散
在物理学中，色散是指白光（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。
晶体光学 &
光性矿物学
主讲：
绪论
一、晶体光学
是研究可见光通过透明矿物晶体 所发生的折射、偏振、干涉、吸收,、 色散等一系列光学现象的基础学科； 是介绍用偏光显微镜在岩石薄片中测 定透明矿物光学性质的基本原理和基 本方法的应用学科
单偏光镜下的晶体光学性质
N≈1.60-1.55±的矿物（云母、斜长石类等），约等于20°-10°.
由上可知：不同的矿物，当其折射率值相差较大时，虽具有相同组数 的解理，但因其解理可见临界角不同，在薄片中见到解理缝的机会是不同 的。如辉石解理常见,而斜长石解理就不常见。 同种矿物不同方向的切面，解理缝的可见性、宽度、组数也是不同的。 如角闪石虽具两组解理，但在薄片中，有些切面上只见一组解理缝，另一 些切面上则看不见解理缝，只有垂直Z轴或近于垂直Z轴的切面才可见到两 组解理缝。因此，在镜下观察矿物的解理时，切不可以个别或少数切面判 断矿物解理的有无、完善程度、组数，必须多观察一些切面，进行综合判 断。 此外，薄片中矿物还可能存在一些裂缝，裂缝一般表现为弯曲或不规 则的细缝，有时也可以较细密而平直，但其缝与缝之间的距离往往不等。 观察时应结合所具有的矿物学、结晶学知识来区别它们。
色光的混合一互补原理
矿片对白光中各种色光选择性吸收后所呈 现的颜色，遵循色光的混合-互补原理。如图 42所示：红、绿、蓝三种色光称原色光。 红光＋绿光＋蓝光＝（等比例混合）白光
红光＋绿光＝黄光；
红光＋蓝光＝品红光； 绿光＋蓝光＝青光（以等比例两两混合）。 若改变这三种原色混合的比例，则可产生 其它颜色的光。如红光多于绿光混合成橙光； 蓝光多于红光混合成紫光等。 当两种色光混合后呈现白色，则称这两种 色光为互补色光。红光与青光、绿光与品红光、 蓝光与黄光等都是互补色光。 因此，薄片中矿物呈现的特定颜 色，是透过矿片的色光按上述原则混 合的结果。例如矿物对白光中的黄光 全部吸收，对其它色光吸收程度相近， 矿物就呈现蓝色。
第四节
薄片中矿物的边缘、
贝克线、糙面及突起
一、矿物的边缘与贝克线
1、边缘 在两个折射率不同的物质接触处，可
02宝石学基础(光学物理学性质)
7 多色性
宝石晶体在透射光条件下，从不同方向观察呈现出不 同的颜色，这种现象称为多色性。对于有色宝石来讲， 一轴晶一般呈现二色性,二轴晶呈现三色性。
蓝宝石具二色性：垂直光轴方向呈现蓝色、平行光轴 方向呈现绿色。蓝色黝帘石呈现三色性：蓝色、紫色、 黄绿色。
8 光泽
光泽（luster）是宝玉石表面对可见光的反射程度， 是由其反射光的强度所决定的，与宝玉石本身的折射率 和吸收系数有关，折射率愈高、吸收系数愈大，则其光 泽愈强。光泽亦是宝玉石的鉴别特征之一。
(3)二轴晶：在非均质晶体中，有两个方向不发生双折射 的晶体，称为二轴晶。二轴晶包括斜方晶系、单斜晶系 三斜晶系。这三个晶系的晶体，光在三个方向传播速度 均不相同，故属二轴晶的晶体有三个折光率：Ng、Nm、 Np。当Np靠近Ng为二轴晶正光性，当Np靠近Ｎm时为二轴 晶负光性。
5 颜色
宝石的颜色是宝石经济评价的主要 依据。颜色是矿物的重要光学性质之一。 不少矿物有它的特殊颜色，因此它可以 作为矿物的一种鉴定特征。例如孔雀石 的特殊绿色、蓝铜矿的特殊蓝色都是鉴 别这些矿物的重要特征。
(2) 当 自 然 光 进 入 非 均 质 宝 石 后 ， 原来是在任意方向振动的自然光便 分解成相互垂直的两条偏振光，传 播速度除特殊情况外(光轴方向)也 不相等，呈现了两条折光率不同的 光波，此种现象称为双折射。最大 折光率值和最小折光率值间的差值， 称为双折射率。双折射及双折射率 是识别宝石的主要特征之一。
(2) 非晶质：有些貌似固态的物质，有一定的化学组成， 但质点只按短程有序排列，不具格子状构造，称为非晶 质，如玛瑙、火山玻璃、琥珀和人造玻璃等。
2.晶系
按照晶体中质点的对称程度将晶体划分为三个晶族 七个晶系。
硅酸盐岩相学知识点
硅酸盐岩相学第一章几何结晶学1、晶体定义：晶体是内部质点在三维空间按周期性重复排列的固体。
也可以解释为，晶体是具有格子构造的固体。
2、空间格子：是晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。
3、格子构造是真实存在的，空间格子是抽象的。
4、相当点必须具备的两个条件：质点种类相同、质点环境相同。
5、空间格子的几种要素：结点、行列、面网、平行六面体。
6、非晶质体：内部质点在三维空间不做规律排列的物质，即不具备格子构造。
晶体的基本性质：（1）自限性指晶体在适当的条件下可以自发地形成几何多面体的性质。
晶体上的平面为晶面，晶面的交棱为晶棱，晶棱会聚而成角顶。
（2）均一性指同一晶体的各个不同部分具有相同的性质。
因为晶体是具有格子构造的固体，在同一晶体的各个不同部分，质点的分布是一样的，所以决定了晶体的均一性。
（3）各向异性指晶体的性质因方向不同而有差异的特性。
（4）对称性指晶体中相等的晶面、晶棱和角顶，以及晶体物理化学性质在不同方向上或位置上做有规律的重复出现。
晶体的宏观对称性是由晶体内部格子构造的对称性所决定的。
（5）最小内能是指在相同的热力学条件下，与同种化学成分的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。
（6）稳定性在相同的热力学条件下，具有相同化学成分的晶体和非晶质体相比，晶体是稳定的。
布拉维法则：晶体通常被面网密度大的晶面所包围。
对称定义：对称是物体上相等的部分有规律地重复晶体对称的特点：（1）由于晶体内部都具有格子构造，而格子构造本身就是对称的，因此可以说，所有的晶体都是对称的。
（2）晶体外形上共有32种对称型。
（3）晶体的对称取决于其内在的本质——格子构造，因此，晶体的对称不仅体现在外形上，而且在物理化学性质上也是对称的。
晶体的对称要素：对称面（P）、对称轴（L）、对称中心（C）、旋转反伸轴、旋转反映轴。
对称型：晶体中全部对称要素的组合。
共有32种。
在晶体中不可能出现五次对称轴及高于六次的对称轴。
晶体分类的依据：有无高次轴和高次轴多少。
材料研究方法--晶体光学基础
二轴晶光率体
光性：正负取决于Bxa是Ng 还是Np Bxa = Ng （+） Bxa = Np （-） Bxa究竟是Ng还是Np取决于Ng、Nm、Np相 对大小
tgV = Nm − N p N g − Nm
（+）
tgV =
N g − Nm Nm − N p
(-)
二轴晶光率体
一轴晶光率体是二轴晶光率体2V=0时的 特殊情况。 物理量的渐变导致晶体光学性质发生质 变的过程。
画有黑点的纸分别放在玻璃和冰洲石下，垂直往下看： 玻璃：1个点；转动玻璃，点的位置不动。 冰洲石：2点（点的距离与冰洲石厚度有关）；转动冰 洲石，1点不动，1点随之转动。
光性均质体
等轴晶系的晶体和非晶体的光学性质在各 方向相同，称为光性均质体，简称均质体。 光波在均质体中传播时： ① 传播速度不因振动方向而发生变化。 ② 折射率值只有一个。 ③ 光波射入均质体中，其固有性质不变。
光的折射(refraction) 光的折射
折射介质对入射介质的相对折射率N 。 把真空作为入射介质，任何介质对真空 的折射率称为绝对折射率，简称折射率。 光线在介质中的传播速度与介质的折射 率成反比。 N值的大小反映介质对光波折射的本领。 折射率色散：同一介质的N因光波的波长 而异。对于同一介质，波长与N成反比。
一轴晶光率体
一轴晶是属于中级晶族各晶系的晶体， 宏观对称的共同特点是只有一根高次轴。 水平结晶轴单位相等，水平方向上光学 性质相同。光线沿高次轴方向和垂直于 高次轴的方向入射，所显示的光学性质 不同。 o光与e光⊥振动，o光⊥光轴振动， e光在入射光与光轴组成的平面内振动
一轴晶光率体（石英、方解石） 一轴晶光率体（石英、方解石）
自然光与偏振光
晶体光学与光性矿物学复习思考题
晶体光学与光性矿物学复习思考题《晶体光学与光性矿物学》复习思考题第一章晶体光学基础1.光波在均质体和非均质体中的传播特点有何不同？为什么？2.光波在非均质体中传播时，其传播速度及相应折射率值是取决于光波的传播方向？还是取决于光波的振动方向？3.光轴、一轴晶、二轴晶的概念？4.光率体的概念？一轴晶光率体、二轴晶光率体的形态特点？5.一轴晶光率体平行光轴的椭圆切面、垂直光轴的圆切面各有多少个？6.一轴晶光率体的光性正负是如何定义的？7.分别画出一轴晶正光性、负光性光率体的三种（垂直OA、平行OA、斜交OA）主要切面，指出各切面的双折射率，并注明每一个切面的光率体半径名称。
8.二轴晶光率体的光性正负是如何定义的？9.二轴晶光率体的主要光学要素有哪些？10.什么是光轴角(2V)、光轴面（AP）、光学法线？11.分别画出二轴晶正光性、负光性光率体垂直Bxa切面、垂直Bxo切面、垂直OA切面、平行AP切面、垂直AP的斜交OA切面，指出各切面的双折射率，并在各切面上标出光率体要素。
12.什么是光性方位？矿物的光性方位与所属晶系之间有何关系？指出中级晶族、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系矿物的光性方位。
第三章单偏光显微镜下的晶体光学性质1.正交偏光镜下可观察测定透明矿物的哪些光学性质？2.什么叫矿物的边缘、糙面？边缘的粗细和糙面的明显程度与哪些因素有关？为什么有的矿物(如橄榄石)边缘明显、糙面显著，而有的矿物(如石英)轮廓看不清楚、表明较为光滑？3.什么叫贝克线？贝克线的移动规律是什么？4.什么叫突起？薄片中矿物的突起高低取决于什么因素？为什么在偏光显微镜下同一薄片中的不同矿物颗粒给人一种突起高低不同的感觉？5.如何规定突起的正负？在薄片中怎样确定正突起和负突起？6.举例说明矿物突起划分为哪6个等级？7.什么是闪突起？哪些矿物具闪突起？具有闪突起的晶体是否无论在任何切面都能见到闪突起？什么样的切面闪突起最明显？8.解理纹的可见度与哪些因素有关？9.辉石和斜长石都具有两组完全解理，在岩石薄片中，为什么辉石具解理缝的切面多于长石且解理纹很清楚？而斜长石的解理纹却难见到？10.角闪石具有两组完全解理，夹角为56°；在岩石薄片中，为什么有的切面上见到两个方向解理纹，有的切面只见到一个方向解理纹，而有的切面上见不到解理纹呢？测量解理夹角应在什么切面上进行？11.含黑云母的薄片中，为什么有的黑云母切面上看不见解理缝，而且多色性不明显？见到大部分黑云母颗粒不具解理纹；能说这种黑云母不具解理吗？为什么？12.什么叫矿物的颜色？矿物的颜色与哪些因素有关？13.什么是多色性？多色性明显程度与哪些因素有关？14.什么是吸收性和吸收性公式？15.矿物的多色性在什么方向切面上最明显？为什么？测定一轴晶和二轴晶矿物的多色性公式，需要选择什么方向的切面？16.如何利用黑云母确定下偏光振动方向？第四章正交偏光显微镜间的晶体光学性质1.正交偏光镜下可观察测定透明矿物的哪些光学性质？2.什么叫消光？什么叫消光位？3.什么叫全消光？四次消光？哪些类型的切面可以呈全消光？四次消光？4.什么叫干涉色？干涉色与颜色的区别？5.Ⅰ～Ⅲ级干涉色色序？Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级干涉色的特点？6.写出云母试板、石膏试板的光程差、干涉色及光率体椭圆半径的方位和名称。
第3章 晶体在外场作用下的光学性质 1
+
ε3
2 x3
=1
式中x1、x2 、x3为晶体的介电主轴坐标系，n1、n2、 n3为晶体的三个主折射率值，ε1、ε2、ε3为晶体介电张 量的三个主值。
17
3.2 电光效应
电光效应引起晶体折射率的改变可以用折射率 椭球面的变化来表示。这一变化可以视为椭球 面方程中各系数产生的微小的增量。通常把有 外电场存在时的折射率椭球方程改写为 式中
9
3.1 晶体光学简介
光线在中级晶族的晶体中传播时，会发生双折 射现象。然而，存在一个特殊的传播方向；在 这个方向，偏振方向互相垂直的任意两个线偏 振光的折射率和位相速度都相同，这个特殊方 向称为晶体的光轴。可见，沿着光轴方向传播 的光不发生双折射。中级晶族对应的晶体都只 有一个光轴，因此称为单轴晶体。如：冰洲石、 石英、红宝石、冰等。
7
3.1 晶体光学简介
4、三大晶族及特性 1）高级晶族 立方晶系属于高级晶系，具有最高的对称性。 立方晶系在光学上表现为各向同性，即 ε1=ε2=ε3=n2。
8
3.1 晶体光学简介
2）中级晶族 三方晶系、四方晶系和六方晶系都属于中级晶族，它 们的高次旋转轴就是光轴。中级晶族的介电张量具有 旋转对称性(ε1=ε2 ε3≠ )，在光频条件下，ε1=ε2＝ ， 2 2 ε2＝no 。no称为寻常折射率；ne称为异常折射率。当 ne 光线具有不同的偏振方向时，寻常折射率不变。值得 注意的是，不同偏振方向的电磁波对应的异常折射率 并不等于ne，而是随偏振方向与光轴间夹角的变化而 变化。
27cossinsincoscossinsincoscossinsincoscossinsincossincoscossincossinsincoscossincossin公式31可见kdp晶体沿z轴加电场时由单轴晶体变成了双轴晶体折射率椭球的主轴绕z轴旋转了45角此转角与外加电场的大小无关其折射率变化与电场成正比这是利用电光效应实现光调制调q锁模等技术的物理基础
晶体光学基础理论
五、光率体在晶体中的位置——光性方位 光率体的主轴与结晶轴及（晶面、晶棱）之间的关系称 为光性方位。不同晶体的光性方位不同，而同一种晶体的 光性方位基本固定，故确定光性方位可以帮助鉴定晶体。 均质体光率体任意方向切面都有是圆切面，也就有无数 光轴，就不存在光学主轴与晶轴、晶面等关系，即不存在 光性方位问题。 1、一轴晶光率体在晶体中的位置 三方、四方和六方晶系晶体的光率体均属于一轴晶光率 体，一轴晶光率体为旋转椭球体，其旋转轴（光轴Ne）与 结晶轴（C轴）相当，它与晶系的高次对称轴平行（重 合）。
2、一轴晶光率体
四方、三方、六方晶系的中 级晶族晶体的水平结晶轴单位 相等，而与高次对称轴（C轴） 方向不等，a=b≠c。因此其水 平方向上的光学性质相同（N 相同），而与C轴不同，所以 一轴晶光率体是以C轴为旋转 轴的旋转椭球体。沿C轴（Ne） 方向入射光不发生双折射，C 轴称光轴，因只有一个方向这 样轴故称一轴晶，Ne、No称 光学主轴。
折射率为1.003与真空相当。所
以通常把空气的折射率当作1， 实际测定时都是与空气相比的。 光的折射
如果把光在空气中的速度定为 v 0 ，在某介质中的速度定为v 1 ， 则该介质的折射率定为
任何一种物质，折射率都与速度成反比。即传播速度 越快
（大）折射率越小；传播速度越慢折射率越大。当光从折射率 n小的介质（光疏介质）进入折射N大的介质（光密介质），由 于
三、光性均质体与光性非均质体
各种固体物质根据其光学性质可分为光性均质体和光性 非均质体两大类。
光性均质体是指光波在其中传播时，其传播速度不因振 动方向不同而发生改变的一类物质，即只有一个折射率。 光波入射光性均质体发生单折射现象，基本上不改变入射 光波的振动特点和振动方向的，如石盐，各个方向的折射 率均为1.544。当把石盐磨成薄片放在物台上，从下偏光上 来的光线向射入石盐晶体薄片后，不改变其振动方向，仍 按下偏光振动方向向上传播，而透不过上偏光镜，在正交 偏光系统下，看起来是黑的，转动物台一周都不变化。光 性均质体，简称均质体，属于这一类的有等轴晶系晶体和 非晶质的固体（如树胶、玻璃等）。
第三章单偏光
2.边缘和贝克线的成因及贝克线移动规律
成因： 由于相邻
的矿物的折 光率值不同， 当光通过接 触面时发生 折射，反射 作用所引起 的。
移动规律：提升镜筒，贝壳线向折射率值大的矿物 方向移动，下降镜筒，贝壳线向折光率值小的矿物 方向移动。
3.洛多奇尼科夫色散效应（贝克线色散）
当相邻两矿物的折光率值相差较小时，在白光 下进行观察，在两个无色矿物的界线附近，有时贝 壳线发生变化，在折光率值较低的一边出现橙黄色 细线，折 射率值较 高的矿物 一边出现 浅蓝兰色 细线，这 种现象叫 洛多奇尼 科夫色散 效应。
蓝光多于红光时产生紫光。 C、两种色光混合后产生白光，这两种光叫
做互补色光。
二、多色性和吸收性
1、基本概念
多色性：由 于光波在晶 体中的振动 方向不同， 而使矿片颜 色发生改变 的现象。
吸收性：颜 色深浅改变 的现象。
二、多色性和吸收性
2、各晶系矿物的颜色及吸收性
A、均质体：颜色不 发生改变（深浅）， 不具多色性。 B、非均质体的多色 性和吸收性：在不同 的振动方向上矿物的 吸收性和多色性不同。 ① 一轴晶矿物的多色 性和吸收性公式：有 两个主色，Ne=？No=？
第三章 单偏光镜下的晶体光学性质
§1 单偏光镜的装置及特点
单偏光镜 下观察：
形态、 解理、颜 色、多色 性、突起 、糙面、 边缘、贝 克线、色 散效应等 。
§2 矿物的形态
一、掌握矿物形态的重要性 1．根据形态可用来鉴定矿物。 2．矿物形态决定于内部构造、温度、压力和成因。 二、观察矿物的形态时应注意的问题
角闪石多色性公式：Ng=墨绿 、 Nm=绿、 Np=黄绿
吸收性公式：Ng＞面：
A、一轴晶：选∥光轴（OA）的切面，包括Ne、 No。 B、二轴晶：要测定三个主色，至少选择两个切 面，分别包括Ng、Nm、Np的切面。 ①光轴面（AP）、测Ng、Np ②⊥Bxa的切面：（+）测Nm、Np，
5单偏光镜下晶体性质
3
如果载物台上放置均
质体或非均质体垂直 光轴的矿片时，由下 偏光镜透出的振动方
向平行PP的偏光，进
入矿片后，基本不改
变原来的振动方向，
折射率等于圆半径。
4
如果载物台上放置非均质体除垂直光轴以外的
其它方向切面时，其光率体切面为椭圆。 ⑴当椭圆半径之一 与PP平行时，下偏 光进入矿片后，沿 该半径方向振动通 过，不改变振动方 向，此时折射率等 于该半径长。
3.包裹体：大晶体内包裹着其他一些的小晶体或其他物质。
气-液包裹体是指以气泡或液体形式，赋存于晶体内部的包裹体
水晶内的针状金红石包裹体 气液包裹体
12
包裹体
合成水晶内的定向管状包裹体
水晶包裹体
13
在薄片中所见到的晶体形态并不是整个立体形 态，仅仅是晶体的某一切面。随着切片方向不 同，晶体的形态可完全不同。
因此，在薄片鉴定时，必须仔细观察晶体各个方向的切 面形状，结合晶面夹角、解理性质等特征，同时结合手 标本上矿物的形态，运用结晶学及矿物学知识综合判断 矿物的形态。
14
2、矿物集合体形态
15
决定矿物在薄片中的形态的因素
1) 结晶习性：如石榴石常呈菱形十
二面体、角闪石呈单斜柱状、云 母呈片状等
2) 矿物的形成条件及晶出顺序
31
二轴晶矿物：有三个主要颜色，与Ng、Nm、 Np三个主轴相当，故又称三色性。所以测定二 轴晶矿物的多色性，至少需要两个方向的定向切 面。 例如：普通角闪石多色性公式可记为：Ng=深绿 色，Nm=绿色，Np=浅黄绿色。其吸收性公式： Ng＞Nm＞Np，称正吸收。如果某矿物吸收性 Ng＜Nm＜Np，称反吸收。
3) 切面方向
16
三、解理及解理夹角的测定
晶体光学：第三章正交偏光
称消光现象
➢均质体矿物任意 切片、非均质体矿 物垂直光轴的切片， 在转动物台360度时， 始终处于消光状态， 称全消光
均质体矿物 任意切片、 非均质体矿 物垂直光轴
的切片
消光位：
非均质体矿物除垂直 光轴的切面外，均为 椭圆切面：
➢当椭圆半径与上下 偏光斜交时，下偏光 会分解为与椭圆半径 平行的两组偏光，部 分通过上偏光。
A A
A
P
P
A
➢ 当非均质体矿
物椭圆半径与上下
偏光平行时，下偏
光透过矿片后振动
方向不发生变化，
不能通过上偏光，
A
因而出现消光现象。
此时所处的位置叫
消光位。
旋转物台360度， 可出现4次消光
P A
三、干涉现象
1.干涉条件
光波产生干涉的必要条 件是：
（1）频率(或波长)相同
位相差为2nπ时（光程差为波 长的整数倍），干涉增强
（2）在同一平面内振动
(3) 位相差恒定
干涉结果取决于两偏 光的位相差
位相差为 （2n+1）π时（光 程差为半波长的奇数倍），干涉 减弱
正交偏光镜下，当非均 质体矿片的椭圆半径与 上下偏光斜交时：
（1）下偏光经过矿片 时分解为K1和K2两束 偏光
（2） K1和K2在达到 上偏光镜时，以K1’和 K2’分量通过上偏光
在正交偏光镜下白光通过非均质体
矿片后，在同一光程差的情况 下，有的色光会干涉增强，而 有的色光则干涉减弱，而显示 出未被干涉抵消的部分色光的 混合色称为干涉色。
橄榄石的干涉现象
2.干涉色级序及各级序的特征
第一级序
第二级序
第三级序 第四级序
➢图显示，随着光程差由小到大的变化，石英楔将显示出不同的 干涉色。而不管其它干涉色如何变化，紫红色干涉色总是具有规 律地以560mu的等间距重复出现，由于其对光程差增减的反应敏 感，又称为灵视色。
晶体学基础第三章-晶体的投影
•实际晶体形态（歪晶）：偏离理想晶体形态。
α-石英的歪晶理想的α-石英晶体形态•成分与结构相同•生长环境条件影响晶体外形•同种形态中的晶面大小相同、形状相同•晶面相对大小发生了改变¾丹麦学者斯丹诺（steno）1669年提出面角守恒定律。
¾尽管形态各不相同，看似无规，但同种晶体间对应的晶面面角恒等。
发现“面角守恒定律”!•面角守恒定律的意义：结晶学发展的奠基石。
¾面角守恒定律(law of Constancy of angle):同种晶体之间, 对应晶面间的夹角恒等。
晶面夹角的表示：面角面角：晶面法线之间的夹角。
•面角在数值上等于相应晶面实际夹角的补角（即180°减去晶面实际夹角）。
¾它找出了晶体复杂外形中的规律性，从而奠定了几何晶体学的基础。
面角守恒定律的应用•通过对晶面间角度的测量和投影，可以揭示晶体固有的对称性，绘制出理想的晶体形态图;•为几何结晶学研究打下基础，并为晶体内部结构的探索给予启发。
•通过晶体测量（利用晶体测角仪器），就可鉴定晶体的种别。
晶体的球面投影•球面投影消除了晶面大小、远近的影响，突出了晶面方位的关系。
极射赤平投影过程：•即将球面上三维空间的东西投影到二维平面上。
z 往球面上投影z作极射赤平投影二、极射赤平投影：将晶体球面投影转换成二维平面投影以赤道平面为投影平面，以南极S（或北极N）为视点，将球面上的各个点线进行投影。
即：将球面上的点与南极点（或北极点）连线，该连线与赤平面的交点就是极射赤平投影点。
联接球面投影点A和南极S，交赤道平面于a。
a点就是晶面A的极射赤平投影点。
¾基圆——球体切割赤道平面所得到的圆。
¾大圆和大圆弧——球面上的弧线所在的平面经过球心，其半径等于球半径。
¾水平大圆的投影形成基圆¾直立大圆的投影形成直径倾斜大圆投影在赤道平面上形成大圆弧¾直立小圆的投影形成小圆弧¾小圆和小圆弧——球面上的弧线所在的平面不经过球心，其半径小于球半径。
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。
晶体光学基础
星期四
第一章 晶体光学基础 第三章 单偏光镜下的晶体光学性质 实验三 突起与闪突起观察 国庆放假 第四章 正交偏光镜下的晶体光学性质 实验五 消光类型、消光角及延性符号 的测定 第五章 锥光镜下的晶体光学性质 实验七 角闪石的系统鉴定 实验九 石英、云母、方解石的鉴定 实验十一：碱性长石的鉴定
2015-4-19
14
2. 折射定律：
折射光线在入射光线和法线所决定的平面内， 并与入射光线分居于法线两侧，两介质一定时，入 射角i的正弦与折射角r的正弦之比，对于给定的两 种介质来说为一常数，即Sini/Sinr = N。
N称为第二介质对第一介质的相对折射率；
法线
i r
2015-4-19
真空或空气
2. 过光率体中心的任意切面 均为圆切面，其半径代表矿物 的折射率值（N）。
如石榴子石、尖晶石。
2015-4-1的矿物均属一轴晶。如石英、 方解石等矿物的光率体。
中 级 晶 族 矿 物 的 晶 体 ： 轴 角 ɑ=β=γ=90°( 或 ɑ=β=90° 、 γ=120°) 、 轴长a=b≠c； 在光学性质上，水平方向相同，水平 方向与直立方向不同。
2015-4-19 23
冰洲石的双折射现象
o e
冰洲石
2015-4-19
24
（3）光波沿非均质 体的特殊方向射入时，
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。在非均 质体中，这个不发生双 折射的特殊方向称为光 轴，用符号OA（Optic axis）表示。
2015-4-19
中级晶族晶体 只有一个光轴方向， 称为一轴晶；
2015-4-19
17
四、自然光与偏光
正交镜下光性
▲若入射光为白光，则七种单色光的干涉现象相互混合就形成了干涉色。
白光干涉色色谱 光程差 R
0 550 1100 1650 2300 nm
七种单色光的干涉条纹及白光干涉色色谱
干涉色级序
▲干涉色色谱：当入射光为白光时，随光程差由 0 逐渐加大而出现的干 干涉色色谱： 干涉色色谱 涉色系列称干涉色色谱。 ▲干涉色级序和色序：在干涉色色谱中，按光程差由0开始往后，以红色 干涉色级序和色序： 干涉色级序和色序 干涉色为界而划分的区段就构成了由低到高的干涉 色级序；相邻两种干涉色构成一个色序。
正交偏光镜下晶体光学性质
◎正交偏光镜下矿物主要光学性质： 正交偏光镜下矿物主要光学性质： 最高干涉色
1、最高干涉色 、 要熟记1—3级干涉色的色彩特征，观察矿物最高干涉色时就能做到一目了 然，特别要熟记一级紫红、二级蓝和三级绿的特征；也可用试板帮助确定。
消光类型和消光角
延性
双晶、 双晶、环带和波状消光
θ θ k21 θ
k11
k
k22
重要结论：矿物处在消光位时， ★重要结论：矿物处在消光位时，其椭圆切面长短轴分别与上下偏光振
动方向（即目镜十字丝）重合。 动方向（即目镜十字丝）重合。
▲全消光：正交镜下旋转物台，矿片一直是黑暗的现象称全消光。 全消光： ○全消光的意义：全消光时，矿片光率体切面一定是圆，即矿片 全消光的意义：全消光时，矿片光率体切面一定是圆， 为均质体或非均质体垂直OA的切面。 的切面。 为均质体或非均质体垂直 的切面
干涉色级序
▲高级白：五级及其以上干涉色称为高级白干涉色。 高级白： 高级白 ▲异常干涉色：除干涉色色谱以外的特殊干涉色，如砖红、墨水蓝、 异常干涉色： 异常干涉色 锈褐等等。 ▲干涉色可受较深颜色的影响或被其覆盖。 干涉色可受较深颜色的影响或被其覆盖。 干涉色可受较深颜色的影响或被其覆盖
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
常把空气折射率近似看作1。
Vi/Vr=Ni/Nr
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。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
3、折射率色散
定义：同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异
对于确定介质来说，折射率值为常数。
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。
晶体光学基础
第二节 光率体
三·一轴晶光率体
1、光率体的构成
当光线垂直石英C轴入射，振动方向垂直C轴，N＝1.544，（No常光）。振 动方向平行于C，N＝1.553，（Ne为非常光）。 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（正光性）。 这种光率体特点：其旋转轴为长轴（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。
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
晶体光学基础
第二节 光率体
二·均质体光率体
光波在均质体中传播，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，
sini/sinr=Vi/Vr=N
式中 Vi:光在入射介质中（介质1）的传播速度，i:入射角 Vr光在折射介质中（介质2）的传播速度，r:折射角 N:折射介质对入射介质的折射率
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
2、绝对折射率
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。
对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。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 不同状态的介质，色散能力也有差异，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，通常都利用黄色光
二轴晶
有两个方向不发生双折射，即两根光轴 此类晶体有斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
一轴晶双折射的特点:
一束偏光的振动方向永远垂直光轴 传播速度及折射率值不变，称为常光, 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
晶体光学基础
第二节 光率体
B·平行光轴切面
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Ne及Np
此种切面上有最大双折射率Ng－Np
C·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，
晶体光学基础
第二节 光率体 三、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，这类晶体有大中小三个主折射率 主折射率分别与空间相互垂直的三个振动方向相当，符号Ng、Nm、Np， 其他振动方向相当的折射率递变于Ng、Nm、Np之间。分别以Ng'、Np'表示即： Ng>Ng'>Nm>Np'>Np
的大小是均匀的
自然光特征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。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
3· 偏光
自然光经过反射、折射、双折射等作用，转变为只 有一个固定振动方向的光波，称为偏振光，简称偏光。 偏光振动面只有一个，因此以叫平面偏光。 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折射或选择 性吸收作用转变为偏光。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
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，当从一种介质传播到另一介质，在两介
质的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，介质分界面上光发生 不同程度的折射进入第二种介质 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。可以用公式表示：
第二节 光率体
4、一轴晶光率体的主要切面
镜下鉴定矿物时遇到的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 A·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。
晶体光学基础
第二节 光率体
4、二轴晶光率体的主要切面
A· 垂直光轴的切面
切面圆形，光线垂直（平行光轴）入射，此 面上任意方向振动的折射率相等，都为No， 无双折射
B· 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，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。
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。
晶体光学基础
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
晶体光学基础
第二节 光率体
2、二轴晶光率体的主要光学方向
二轴晶光率体有三个主折射率，分别与相互垂直的三个振动方向相当，值的大 小、振动方向在晶体中的位置有差别 椭球体的三个相互垂直的轴，代表二轴晶三个主要光学方向，称为光学主轴 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
晶体光学基础
第三节 光性方位
光性方位的概念
光率体主轴与结晶轴之间的关系
称为光性方位
不同的晶体具有不同的光性方位 同一种晶体光性方位基本固定。
一、一轴晶光率体在晶体中的
位置
一轴晶为旋转椭球体，在晶体中，
其光轴（旋转轴）与结晶轴C轴 （晶体的高次对称轴）一致
晶体光学基础
第三节 光性方位 二· 二轴晶光率体在晶体中的位置
3、光性正负及光轴角大小
包含二光轴的切面称为光轴面（即NｇNｐ面）。以符号AP表示。 过中心垂直光轴面的直线称为光学法线（即Nｍ）。 二光轴所夹角称为光轴角，锐角符号2V，钝角符号2E。锐角平分线叫Bxa， 钝角平分线叫Bxo。 二轴光率体也有正负之分，区分正负光性以Nｇ或Nｐ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：
晶体光学基础
第二节 光率体
C·垂直Bxa的切面 正光性时相当于NmNp主轴面，负光性时相当于NmNg主轴面。 双折射值正光性时为Nm－Np，负光性时为Ng－Nm D·垂直Bxo切面 正光性时相当于NmNg面，负光性时相当于NmNp面 垂直此面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。
发生双折射双折射率等于|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。
晶体光学基础
第二节 光率体 三、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，这类晶体有大中小三个主折射率 主折射率分别与空间相互垂直的三个振动方向相当，符号Ng、Nm、Np， 其他振动方向相当的折射率递变于Ng、Nm、Np之间。分别以Ng'、Np'表示即： Ng>Ng'>Nm>Np'>Np
晶体光学基础
第二节 光率体
2、光率体形状
一轴晶晶体的水平结晶轴单位相等，水平方向上的光学性质相同 一轴晶光率体是一个以C轴为旋转轴的旋转椭球体
一轴晶光率体有正负之分。正光性光率体旋转轴为长轴，负光性
旋转轴为短轴。
晶体光学基础
第二节 光率体
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
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
根据光波的振动特点，可见光可分为
自然光
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。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
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
晶体光学基础
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| 兰 | 青 | 绿 | 黄 | 橙 | 红 |