第五章晶体光学基础

二 光的全反射
光密介质
光疏介质
全反射?
反射临界角?
第三节 光的双折射及双折率
一、双折射现象
白纸上涂一个黑点，将方解 石放在纸上，可观察到两个 黑点，旋转方解石，一个黑 点不动，另一个黑点旋转。
当一束自然光穿过方解石等 晶体时，分成两条折射光的 现象称为双折射现象。
这两条光线都是偏振光。
第三节 光的双折射及双折率
Ne No
No
Ne
No
No 垂直光轴N(oOA)的切N面o ：
正
Ne
Ne
光
Ne
负 Ne 光
性
No
No 平行光轴N的o 切面： No 性
源自文库
Ne No
Ne’
Ne
Ne’
No 斜交光轴的No切面： No
上节课内容
• 自然光和偏光的特点 • 光的折射和折射率 • 光的双折射和双折射率 • 均质体光率体和一轴晶光率体
第一节 自然光和偏光
自然光的特点 光波在垂直于 光波传播方向 的平面内做任 意方向的振动 其振动面均匀 对称瞬息万变 各个振动方向 的振幅是相同
第一节
光 分 为 自 然 光 和 偏 光
自然光和偏光
第二节 光的折射和全反射
• 光的折射和折射率 • 光的全反射
一 光的折射和折射率
绝对折光率?
相对折光率?
一 光率体
• 光率体是表示光波在晶体中传播时， 光波的振动方向与相应振动方向上折 光率值之间关系的一种立体图形。其 具体作法是设想自晶体中心起，沿光 波振动方向按比例截取相应的折射率 值，每一个振动方向都能作出一个线 段，把各个线段的端点连接起来便构 成一个立体图形，此即为光率体
二 均质体的光率体
二、光性均质体和光性非均质体
• 1．光性均质体 非晶质体（空气、液体、玻璃、树胶）、
等轴晶系晶体 光波射入均质体中发生单折射现象。 折射率值只有一个。
• 2．光性非均质体 中级晶族和低级晶族的矿物晶体 光波进入非均质体，除特殊方向外，都产
生双折射现象。
实验证明： 光射入非均质体中，除特殊
方向以外都要发生双折射，分解 形成振动方向互相垂直、传播速 度不同、折光率不等的两支偏光。
光性非均质体
一轴晶 二轴晶
三方晶系晶体（如方解石、电气石） 四方晶系晶体（如锆石、锡石） 六方晶系（如磷灰石、霞石）
斜方晶系晶体（如橄榄石、重晶石） 单斜晶系晶体（如透辉石、阳起石） 三斜晶系晶体（如斜长石、硅灰石）
第四节 光率体
• 一 光率体 • 二 均质体的光率体 • 三 一轴晶光率体 • 四 二轴晶光率体
称为一轴晶正光性光
率体，相应的矿物称
一轴晶正光性矿物。
如石英。
1.553
光轴 1.544 一轴晶正光性光率体的构成 （石英为例）
1．一轴晶正光性光率体
Z轴 光轴
1.544 NO
1.544
1.553 1.55 3
Ne 一轴晶正光性光率体的构成 （石英为例）
2．一轴晶负光性光率体
• 负 光 性 光 率 体 --- 为 一个偏形旋转椭球体，
• 光波在均质体中传播时， 向任何方向振动，其传 播速度不变，折射率值 相等。因此，均质体的 光率体是一个圆球体。 均质体光率体任何方向 的切面都是圆切面，圆 切面半径代表均质体的
折射率值（N）。
N N
三 一轴晶光率体
• 一轴晶光率体是一个以Z晶轴为旋转轴的
旋转椭球体，而且有正负光性之分。这 类矿物有最大和最小两个主折光率值，
第五章 晶体光学基础
晶体光学?
晶体光学是研究可见 光通过晶体时所产生 的一系列光学性质及 其规律的一门科学。
晶体光学?
本课程主要介绍偏光 显微镜下研究和鉴定 透明矿物的基本原理 和方法。
为什么学习晶体光学?
由于不同的矿物晶体 具有不同的光学性质， 因此晶体光学是研究 和鉴定透明矿物的重 要方法。
单偏光 正交偏光 锥光
目的及要求
学会在偏光显微镜 下鉴定矿物的方法
第五章 晶体光学基础
第一节 自然光和偏光 第二节 光的折射和折射率 第三节 光的双折射和双折射率 第四节 光率体 第五节 光性方位
第一节 自然光和偏光
光 是 一 种 电 磁 波
电磁波谱
第一节 自然光和偏光
光 是 一 种 横 波
双折射形成的两支偏光，其中的一支偏光的振动 方向永远垂直于光轴，称为常光 ，以o表示，简 称 o光，其相应振动方向上的折光率No是个常数。
另一支折射光振动方向包含在光波传播方向与光 轴所构成的平面内，其折光率数值随振动方向而 异，称为非常光，以e表示，简称e光，其折光率 用Ne 表示。
e光
o光
四、双折射率
分别以符号Ne和No表示
• 正光性光率体 • 负光性光率体 • 一轴晶光率体的主要切面
1．一轴晶正光性光率体
• 正 光 性 光 率 体 —— 为 一个长形旋转椭球体，
旋转轴为长轴，光波
平行Z轴（光轴）振动
时的折射率值总是大
于垂直Z轴振动时的折 射 率 ， 即 Ne ＞ No 。 凡
具这种特点的光率体
e光 o光
三、晶体的光轴
当光沿四方晶系、三方晶系和 六方晶系的Z轴（高次轴）方向入射 时不发生双折射，也不改变入射光 波的振动性质。在非均质体中这种 不发生双折射的特殊方向称光轴。
中级晶族的矿物，这种光轴方 向仅有一个，故统称为一轴晶。
低级晶族的矿物，这种光轴方 向有两个，故统称二轴晶。
四、常光与非常光
双折射形成的两支偏光的折射率值的差值，称双 折射率（重折率、重屈折率），用Bi表示。
实际测得方解石的No为1.658，方解石非常光折光
率最小值Ne为1.486，因此方解石的重折率为Bi＝
1.658-1.486=0.172
光轴
e光
71
o光
方解石
自然界物质的光性特征及光性分类
光性均质体
非晶质物质（如玻璃、琥珀） 高级晶族-等轴晶系晶体（如萤石、石盐）
偏光显微镜－鉴定矿物的重要工具
偏光显微镜鉴定法是 鉴定透明矿物和岩石 的最基本方法，是学 习矿物和岩石学的重 要基础。
晶体光学的应用范围
矿物、岩石、冶金、 建材、玻璃、陶瓷、 医药、化工、铸造。
晶体光学章节构成
晶体光学基础－晶体光学的基本原理 偏光显微镜－鉴定矿物的重要工具
偏光显微镜下 晶体光学性质
其旋转轴为短轴，光波
平行Z轴振动时的折射率 总是小于垂直Z轴振动时 的 折 射 率 ， 即 Ne ＜ No 。
凡具这种特征的光率体
称为一轴晶负光性光率
体，相应的矿物称一轴
晶负光性矿物。如方解
石。
1.486
Ne 光轴 1.658 No
一轴晶负光性光率体的构成 （方解石为例）
3．一轴晶光率体的主要切面