晶体光学基础演示文稿1

晶体中感应振动偶极子的回复力强度取决于组成晶体 的离子种类、键性、离子排列形式及堆积的紧密程度。
△N=0
△N=△Nmax (固定值）
△N=△N'
椭球体
光轴，光轴面，Bxa与Bxo
通过光率体我们可以直观地判断：任意方向入射光进入 晶体后所产生的两束偏光的振动方向与折射率之间的相互 关系。 因此，光率体是从晶体光学现象中抽象出来的立体形态， 即它并不存在于晶体中的某个部位，也没有绝对的几何尺 寸，仅仅是相对入射光的位置和方向而抽象地存在。但是， 对于具体的矿物，这种抽象的光率体的几何方位是以完全 固定的方式存在于晶体之中的。
低级晶族——斜方晶系（α＝β＝γ＝90°）、单斜晶系（α ＝γ＝90°＜β）、三斜晶系（α≠β≠γ≠90°），a0≠b0≠c0； 它们的物理性质在三个结晶轴方向上都有差别。 中级晶族和低级晶族矿物的光学性质随方向而异，称为非均 质矿物，如石英、方解石、长石、橄榄石等。



三方/立方晶系，四方，六方晶系——中级晶族
五、光的折射及全反射 光的折射/折射率及全反射/临界角
Sini / Sinr = Vi/ Vr = Nr/Ni
i—入射光线与法线夹角； r—折射光线与法线夹角； Vi—光波在入射介质中的传播速度；
由折射定律可知：
当光由光疏介质射入到光密介质时，N>1；
当由光密介质射入到光疏介质，折射角大于入射 角，并随着入射角的增大折射角必将不断增大，折射 线愈来愈远离法线。当入射角逐渐增大到一定角度时， 相应的折射线沿界面进行。此后，如果光线的入射角 继续增大，则发生全反射，反射线强度随着折射线的 消失而出现突变性的飞跃增强。
练习 1
1.已知电气石是一轴晶负光性矿物，试问在平行、斜交电气石C轴 的切面上，快光的折射率分别是什么？ 2.石英是一轴晶正光性矿物，已知其最大双折率为0.009，试问： 具有最大双折率的切面是什么切面？在该切面上测得其慢光的折 射率为1.553，则快光的折射率应为多少？在什么切面上测得的 折射率只有一个？ 3.已知在六方晶系的磷灰石中，一束振动方向平行C轴的光的折射 率为1.624，另一束振动方向垂直C轴的光的折射率为1.629，试 问该矿物的光性符号、最大双折率以及垂直光轴的切面上的双折 率？ 4.在二轴晶光率体中，有五种包含Nm主轴的不同切面，试分别说 明Nm主轴在这些切面上代表快光还是慢光的振动方向。 5.已知某矿物的光性方位：b∥Np=1.693，a∥Nm=1.700， c∥Ng=1.705，问：该矿物属于哪个晶系？光性正负？其垂直 Bxa、垂直Bxo和垂直Nm的三种切面如何表示？
应用：岩石学、矿物学、宝石学；玻璃、陶瓷、冶金、医药、 化工等生产和科研部门。
硅石熟料 硅石生料
光学显微分析部分（20学时）
——课程安排

晶体光学基础（理论2学时）


偏光显微镜（实验2学时）
单偏光镜下晶体的光学性质（理论2+实验2学时）


正交偏光镜下晶体光学性质（理论2+实验2学时）

由于在Ng与Np之间总能找到一个折射率值与Nm相 等，构成两个圆形切面，垂直于这两个园切面的方 向即为光轴方向，因此，低级晶族矿物有两个光轴， 称为二轴晶矿物。
光波传播速度与其在晶体中振动方向的关系

根据电磁波理论： 组成物质的原子或离子受电磁波扰动将极化成偶极子， 可见光在物质中的传播主要是通过偶极子的感应振动进行 的。在晶体中，使振动偶极子回复到平衡位置的回复力强 度控制光波的传播速度，也就是说光波在晶体中的传播速 度随振动偶极子回复力的增强而加大。偶极子的振动及其 回复力是横切光波传播方向的。因此，光在晶体中的传播 速度取决于光波的振动方向而不决定于传播方向。同理， 晶体的折射率值取决于光波的振动方向，即光性非均质体 的折射率值随光波在晶体中的振动方向不同而改变。
锥光镜下晶体的光学性质（理论2+实验2学时）
透明矿物系统鉴定（理论2学时）
反射光下显微结构观察（理论2学时）
第一章 晶体光学基础
第一节 光的基本性质
一、光具有“波粒”两相性 晶体光学主要利用的是光的 波动理论。 二、可见光（光波） 可见光是电磁波谱中很窄的一个 小区段，其波长范围为390～ 770nm（1nm =10埃）。可见光 波中频率不同呈现不同的颜色。 波长由长至短，相应的颜色由红 经过橙、黄、绿、蓝、青连续过 渡到紫色，我们通常所见的“白 光”，实质上式各种色光组成的 混合光。
三、光波是一种横波
光是一种电磁波，其传播方向与振动方向互相垂直。
波速: V=fλ=λ/T=ωλ/2π 光强： I=KA2
波动方程： Y=Acos(ωt+θ) 其中：ωt+θ——位相 f——频率 λ——波长 T——周期 A——振幅
ω——圆频率
四、自然光和偏振光
1、自然光——从光源直接发出的光，是由无数方向横振动合 成的复杂混合波（如：太阳光，灯光等）。
Vr—光波在折射介质中的传播速度
光在晶体中的传播速度越小，晶体 的折射率越大。
问题：是不是光波沿任何方向射入非均质体内，都要 发生双Байду номын сангаас射呢？
七大晶系晶胞参数特点

高级晶族（等轴晶系）——a0＝b0＝c0，α＝β＝γ＝90°。 a，b，c轴方向的物理性质完全相同，故矿物的光学性质各 方向相同，称为均质矿物，如石榴子石、萤石等。 中级晶族——四方，三方/立方晶系，六方晶系 a0＝b0≠c0，α＝β＝90°,γ＝90°/120°/120°；故a、b轴 方向具有几乎相同的物理性质， c轴方向为高次对称轴的方 向。

其中，透射偏光显微分析主要是研究可见光通过透明晶 体所产生的一些光学现象及其规律，也称之为《晶体光学》。
教材及参考书目
《晶体光学》，汪相编著，南京大学出版社；
《硅酸盐岩相学》，邵国有编著，武汉理工大
学出版社； 《冶金工艺矿物学》，任允芙编著，冶金工业 出版社。
晶体光学概述

为什么要学习晶体光学？
a0＝b0≠c0，α＝β＝γ＝90°，Ln，n＝3，4，6； 故a、b轴方向具有几乎相同的物理性质， c轴方向为高次 对称轴的方向。在光学性质表现为有两个大小不同的主折射率， 分别用Ne和No表示： 其中No为常光，其传播速度不变，振动方向总是垂直于入 射面 （在晶体光学中，入射光与光轴/对称轴构成的平面称为 入射面）； 而Ne的传播速度是则随着入射方向的改变而改变，称为非 常光，它的振动方向总是平行于入射面的。 因为中级晶族矿物的高次对称轴方向为光轴方向，而中级晶 族的高次对称轴只有一个，因此，中级晶族矿物只有一个光轴， 称为一轴晶矿物。
斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系——低级晶族

共同特点：a0≠b0≠c0；
因此它们的物理性质在三个结晶轴方向上都有差别， 在光学性质上表现为有三个大小不同的折射率，分 别用Ng，Nm，Np表示，大小次序为Ng＞Nm＞ Np，称为主折射率。三个主折射率的方向互相垂直， 构成了低级晶族矿物光率体的三个光学主轴。
材料研究方法之
---- 光学显微分析


前言
光学显微分析是材料科学研究方法中的基本实验技术， 学习本课程的目的是掌握金相及岩相分析的基础知识，加深 对材料科学理论知识的理解，培养学生观察、分析、解决问 题的能力。

光学显微分析的内容包括两大部分： 透射偏光显微镜的原理及其在材料研究中的应用； 反射偏光显微镜的原理及其在材料研究中的应用；
---- 概念 目标 应用
概念：晶体光学是研究可见光通过所产生的光学现象（颜色、 折射、双折射、干涉等）及其规律的一门科学。
目标： 1、掌握偏光显微镜下研究、鉴定透明矿物的基本原理和基 本方法； 2、掌握常见透明矿物的鉴定特征。
根据不同晶体其光学性质不相同的特点来鉴定透明矿物，可以对相 关矿相进行定性和半定量分析。
光性方位——表示光率体主轴与晶体结晶轴之间存在着的 某种一定的空间关系，叫光性方位。 （本章节自学）
本节重点
光性均质体与光性非均质体的特点 双折射现象，双折率
一轴晶矿物与二轴晶矿物
光率体
光率体形态， 一轴晶与二轴晶光率体的主切面及特点 下节提示
自学 第三章《偏光显微镜》，准备实验。 预习 第四章《单偏光下晶体的光学性质》

特点：在垂直光波传播方向的平面内，任意方向上都有振幅 相等的光振动。
2、偏振光——只在垂直传播方向上的某一固定方向上振动的 光波。偏光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动面， 也叫平面偏振光。 特点：只有一个振动面
自然光经过反射、折射、双折射及选择吸收作用可以转变成振 动方向固定的偏光。（起偏镜）