第三章晶体光学基础

பைடு நூலகம்体光学基础
第二节 光率体
二轴晶光率体实例 二轴晶椭球体是三轴不等的椭球体。 镁橄榄石对称型为3L23PC，当入射光分别平行三主轴时，三个主折射 率分别是： ||c入射，a方向：1.715，b方向：1.652 ||a入射，c方向：1.680，b方向：1.651 ||b入射，a方向：1.715，c方向：1.680 把这三个椭圆切面按他们的空间方位联系起来，即为其光率体，是一 个三轴椭球体，三轴称为光学主轴。在三个主切面上，平行a,b,c三轴 的三个主折射率分别是Ng,Nm,Np大中小以表示，其他二轴晶也有此性 质。三轴椭球体的三轴相对大小
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 |
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
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
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。
空气的折射率为1.003即光在空气中的传播速度与真空中相近，通
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

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。

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，
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
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
改变
等轴晶系及一切非晶质体都是光性均质体。不同均质体中光的传播速度
不同。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
光性非均质体

光在其中传播时，其传播速度随振动方向的不同而 发生改变的一类物质 自然光进入光性非均体后，原任意方向振动的光波， 就变成两个振动方向垂直的光波 且此二光波的传播速度除个别方向外，一般是不等 的。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播 三、光在均质体及非均质体中的传播特点
1、透明物质分类
光性均质体和光性非均质体 光性均质体
光在其中传播的速度不因振动方向的不同而发生改变 光在各个方向的传播速度不变，在均质体中任何方向上的折射率均相等，
折射率值只有一个
自然光入射均质体后仍然是自然光，偏光入射均质体后振动方向不发生


晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
2、双折射现象：
光入射非均质体，产生两条振动方向垂直的光波，这种现象称为 双折射 光波入射光性非均质体中只有特定方向不产生双折射，不发生双 折射的特殊方向称为光轴。
一轴晶
只有一个方向不发生双折射，即一根光轴 此类晶体有三方晶系、四方晶系、六方晶系体
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。
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
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
光率体的NgNp之间可作一系列的切面，它们的半径之一始终为Nm，另一半径递 变于NgNp之间，总可以找到一半径为Ng‘＝Nm，那么这个切面的形状为圆，同样 在光率体的另一侧也有此圆切面
当光波垂直二圆切面入射，不发生双折射，此二方向为二轴晶的光轴，故称为 二轴晶，以符号OA表示。

晶体光学基础
第二节 光率体
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：
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。
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。
二轴晶光率体为三轴椭球体。具在三个相互垂直的二次对称
椭球体，其旋转轴永为Ne轴。水平轴永为No轴。
Ne与No代表一轴晶矿物折射率的最大值与最小值，
称为主折射率。 Nmax一般以Ng表示，Nmin以Np表示
当Ng＝Ne，Np＝No时为正光性
当Ng＝No，Np＝Ne时为负光性 Ng与Np之差（Ng－Np）是一轴晶矿物最大双折射率
晶体光学基础
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
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