5 正交偏光镜下的晶体光学性质

1 0.5 0 -0.5 0 -1 -1.5 90 180 270 360 450 540 630
相长干涉
1.5 1 0.5 0 -0.5 0 -1 -1.5 90 180 270 360 450 540 630
相消干涉
第二节 光的干涉现象与光程差
• 一、光程差 • 二、光波的相干性 • 三、正交偏光间光的干涉现象
消光与干涉原理
正交偏光显微镜下矿物的消光与干 涉原理是指光率体椭圆半径与上、 下偏光镜振动方向一致时，则消光、 视域黑暗，光率体椭圆半径与上、 下偏光镜振动方向斜交时，则发生 干涉作用，视域明亮。
二、正交偏光镜的特点：小结
第五章 正交偏光镜下 晶体的光学性质
• 第一节 消光 • 第二节 干涉原理 • 第三节 干涉色 • 第四节 干涉色级序的确定 • 第五节 补色法则与补色器 • 第六节 正交偏光镜下主要光学性质 的观察与测定方法
P
P
N2 N1
P
N1 N2
P
复习3
杨氏双缝干涉实验
波的干涉
S1
S
d
S2
频率相同；振动方向相同； 周相差恒定
干涉加强
干涉抵消
过渡状态
光波干涉的几种情况
第五章 正交偏光镜下 晶体的光学性质
• 第一节 消光 • 第二节 干涉原理 • 第三节 干涉色 • 第四节 干涉色级序的确定 • 第五节 补色法则与补色器 • 第六节 正交偏光镜下主要光学性质 的观察与测定方法
产生原因
(1) 若R=2n(λ/2)——黑带暗； (2) 若R=（2n+1)（λ/2）——亮带 (3) 若Ｒ处于上述二者之间， 亮度介于 黑暗与最强之间。
亮带中心与暗带的距离,取决于λ
第一级序 R:
200 400 600
第二级序
800 1000 红色 橙色
第三级序
第四级序及更高序
2000
=700 (mn) =620 =560 =515 =470 =450
K2
A
4、两束偏光发生干涉的结果 (1)若R=2n(λ/2)——（半波长偶数倍）， K1′ 与K2′ 振动方向相反，振幅相等，干涉的 结果是二者互相抵消——黑暗； (2) 若 R= （ 2n+1) （ λ/2 ） —— （半波长奇数 倍）， K1′与K2′干涉后互相叠加，亮度 增强
45 位置———当光率体椭圆半径与AA，PP成45 夹角的时候，K1′与K2′的振幅最大，视域最明 亮，称为45 位置
D tg Vg
D tp Vp
（4）将（3）代入（2）得：
Vo Vo D D R Vo ( ) D( ) Vg Vp Vg Vp
（5）根据折射率定义：
Vo Ng Vg Vo Np ຫໍສະໝຸດ Baidu Vp
（6）将（5）式代入（4）式便可得出光程 差（R）等于矿片厚度（D）乘以双折射率： R＝D（Ng－Np）或R＝D（N1－N2）。
第二节 光的原理
• 一、光程差 • 二、光波的相干性 • 三、正交偏光间光的干涉现象
1、光程差的定义
光通过矿片中的晶体时发生 双折射,形成快光和慢光,当慢 光离开矿片时 , 快光已在空气 中行进了一段距离 , 这段距离 就称为光程差,用R表示.
2.光程差公式的推导
R=d (Ng-Np)
光程差(R)等于矿片厚度(d)乘以双折率(Ng-Np)
2
R=2n 2
P
P
K2 P K1 P
A P P
K2 P K1
K
P
K1 K'
2 1
) +1 2 (2n R=
) +1 2 (2n R=
A
A
(b) 光程差等于半波长或其奇数倍时。当快光 A
K K K 和慢光分解为平行上偏光镜振动方向的光时， K' P P R=2n 2 P P P 它们振动方向一致，相互增强，产生干涉， P P P KK' P P R=2n K K 2 P 光通过上偏光镜，视域变亮。 A
一、光波的相干性 同一点光源发出的光，分成两 束光，再使这两束光经过不同 路程后，在空间某一点相交， 如果满足：
1、频率相同 2、振动方向相同 3、位相相同或位相差固定
便在交点上产生干涉。
两束光波干涉示意图
1.5
(1) 若振动方向一致、 频率相同——振幅相 加，相长增强、亮度 增加； (2) 若谷对峰、峰对谷 的相干波——振幅减 弱或者抵消。
光直接透出目镜，视域明亮
（2）物台上放置均质体任意方
向薄片或非均质体垂直OA薄片：
由下偏光透出的偏光通过薄片后，
不改变振动方向，薄片的折射率=圆
切面半径 转动物台，矿物光学性质不变
(3)若放置非均质体斜交OA薄片 （椭圆切面），半径与PP斜交时：
偏光进入薄片后一般发生双折射, 分解成振动方向分别//椭圆两半径
斜方晶系：三个光率体主轴与 三个结晶轴分别一致。
单斜晶系：结晶轴b轴为二次对 称轴，与光率体主轴之一重合， 其余两结晶轴与光率体主轴斜 交。
OA 切面的光率体切面特征？ C切面的光率体切面特征？ // bc 切面的光率体切面特征？
角闪石
Ng
Nm
a
Np
OA 切面的光率体切面特征？
C切面的光率体切面特征？
黄色
绿色 蓝色 靛色
=410
紫色
不同波长单色光随光程差改变所产生的明暗相间的干涉条带
3. 白光的干涉现象
波长(nm) 10
-5
390 紫
射线
靛 蓝 绿 黄 橙
446 464 500
1
X射线 紫外线 可见光 红外线
10
5
短无线电波
578 592 620
1010
广播波段
红
长无线电波
1015 770
第五章 正交偏光镜下 晶体的光学性质
• 第一节 消光 • 第二节 干涉原理 • 第三节 干涉色 • 第四节 干涉色级序的确定 • 第五节 补色法则与补色器 • 第六节 正交偏光镜下主要光学性质 的观察与测定方法
• • • •
一、干涉色及其成因 二、干涉色级序及特征 三、干涉色色谱表及其应用 四、异常干涉色
II级：蓝-蓝绿-绿-黄-橙-桃红 550-1100 nm 特色：蓝-绿-黄-橙-桃红，颜色鲜艳，色彩浓 而纯，色带之间界线较清楚，尤其是二级蓝最 清晰 最显著的颜色——二级蓝 III级：蓝-绿-黄-橙-红
３、影响光程差（R）大小的因素
(1)矿物性质：不同矿物的N不同 (2)切面方向：即使同一矿物，不同方向N也不 同 //OA 或者//AP，—— N最大 OA， —— N=0 其余的切面， ——N=0～最大 (3)薄片厚度
第二节 光的干涉现象与光程差
• 一、光程差 • 二、光波的相干性 • 三、正交偏光间光的干涉现象
// bc 切面的光率体切面特征？ //OAP切面的光率体切面特征？
黑云母 C ^ Np=0-9º
复习2： 单偏光
单偏光系统：只使用下
偏光镜的显微镜
单偏光镜装置光路图
下偏光的振动方向PP‖
目镜十字丝横丝
偏光
自然光通过下偏光镜后，
只剩下振动方向‖PP的偏
十字丝横丝
光
自然光
（1）若物台上未放薄片，该偏
1.下偏光到矿片分解
偏光进入处于消光位以外的 非均质体切片时，发生双折 射现象，即分解成K1和K2振 动的两束偏光。
路径:PP——进入矿片—— 发生双折射——分解为两束 偏光K1和K2，且NK1>NK2 K1和K2速度不同，先后透过 薄片。
2. 矿片到上偏光的分解
由于K1折射率大于K2折射率，故在薄片 中的传播速度不同，因而先后透出 薄片并到达上偏光镜。 因其振动方向既不平行又不垂直上偏光 镜的振动方向，所以再次发生分解，
复习1： 光性方位
光率体主轴与结晶轴之间的关系称为光性方位。 1.中级晶族（一轴晶）：
光轴（OA）=Ne=高次对称轴
2.低级晶族（二轴晶）
斜方晶系：三个光率体主轴与三个结晶轴分别一致。 单斜晶系：结晶轴b轴为二次对称轴，与光率体主轴之 一重合，其余两结晶轴与光率体主轴斜交。 三斜晶系：结晶轴与光率体轴全部斜交
K1分解为K1′与K1″ ，
K2分解为K2′与K2″。
分解后 K1′与K2 ′与AA平行,可以通过; K1″与K2″与AA垂直,无法通过;
3. 透过上偏光镜后的偏光汇聚
透出AA的两束偏光K1′与K2′符 合光发生干涉的三个必备条件: (1)K1′与K2′是由同一种偏光经过 两次分解而形成的,因此其频率 相同 (2)K1′与K2′光程差固定
第一节 消光
一、装置
1. 在下偏光镜 PP 的基 础上，推入上偏光镜， 且 上 偏 光 镜 (AA) 与 下 偏 光 镜 (PP) 的 振 动 方 向互相垂直，并分别 平行于目镜十字丝的 方向。
2. 观察的光学性质
在正交偏光镜装置下，可以
观察和测量的矿物的晶体性
质包括: (1)最大双折射率、最高干涉色、 最大消光角 (2)消光类型 (3)观察矿物双晶，测定矿物延 性正负等。
一、干涉色及其成因
1. 石英楔: 把石英沿着c轴方向磨成一个楔状, 称为石英楔. Q, 最大N=0.009, 为固定值
R=d (Ne-No)=d •N
将石英楔由薄到厚慢慢推入试板孔内, 由于d 逐渐增大, 则 R随着d 逐渐增大
d R
石英楔是改变光程差的工具。
2. 单色光的干涉现象
以单色光做光源，在正交镜45 位置,插入石英楔,慢慢移动, 视域内依次出现明暗相间的干 涉条带。
注意
干涉色并不是矿物本身的颜 色．它是矿片在正交偏光镜 下经干涉作用后形成的，它 和单偏光镜下观察到的矿片 颜色（是由色素离子选择性 吸收造成的）是不同的．
第四节、干涉色及干涉色 色谱表
• • • • 一、干涉色及其成因 二、干涉色级序及特征 三、干涉色色谱表及其应用 四、异常干涉色
干涉色级序
若用白光做光源, 在正交偏光镜间缓 慢推入石英楔,随着石英楔的慢慢推 入,光程差连续地增大, 视域内出现的 干涉色由低到高有规律的变化, 干涉 色这种有规律的变化叫做干涉色级序. 级序升高：干涉色向R增大方向变化 级序降低：干涉色向R减小方向变化
各个级序干涉色的特征
I级：暗灰-灰白-黄-橙-暗红 0-550 nm 特色：无蓝绿，出现特有的灰色，灰白色
（1）当慢光离开矿片时，快光已在空气中传播了一段时
间（tg－tp）。
（2）当慢光K1离开矿片时，快光K2已经在空气中进行了一
段距离R，称为光程差。当快、慢光都进入空气时，两
者传播速度相等，但慢光比快光始终落后一段距离Vo （tg－tp），所以R＝Vo（tg－tp）。
（3）设快光和慢光在晶体中传播速度分别 为Vp和Vg，则通过薄片所用的时间分别 为：
2 2 2
2 1 1 1
K2
K2
K2
12
1
) +1 2 (2n R=
K1
K1 A
K1
A
1) 2 2n+ R=(
A
K2 P
P
K2 P P P
K1
P
PK
1
P R=2n
2
A
P
P P K1
P
P
K
K2' K1'
P K2 P
P K2 K1 A
K'2 K'1 K1 K2
K1 A
) +1 2 (2n R=
3. 若放薄片,且为非均质 体斜交光轴切面,但光率 体椭圆半径之一平行 PP(垂直AA),光波透过薄 片时,不发生双折射,得到 的一束偏光仍不能透过 上偏光镜AA方向,视域 黑暗,产生消光。
4. 若放薄片为非均质体 斜交光轴切面 , 且光率体 椭 圆 半 径 之 一 与 PP 斜 交 ,PP 偏 光 透 过 薄 片 时 , 发生双折射 , 分解为两种 偏光, 这两种偏光再透过 上 偏 光 AA 后 , 发 生 干 涉 现象,视域就明亮。
(3)K1′与K2′在同一平面内振动 (//AA)
因此, K1′与K2′是相干波,会发生 干涉现象,并且取决于光程差R
干涉示意图
(a) 光程差等于一个波长或半波长的偶数倍。 当快光和慢光分解为平行上偏光镜振动方 向的光时，它们波峰对波谷，相互抵消， K K 表现为无光通过；
2 2
P
K2 P K1
P K1 R=2n
方解石干涉色
二、正交偏光镜的特点
1. 不放薄片,视域为黑暗, 因为PP光,不能通过AA 方向,光波无法通过上偏 光镜,视域黑暗.
2. 若放薄片,且切片方向 为均质体任意切面,或非 均质体垂直光轴的圆切 面,光波透过薄片时,不发 生双折射,得到的一束偏 光仍不能透过上偏光镜 AA方向,视域黑暗,产生 消光。
P P
方向的两束偏光
矿物光学性质是这两种偏光通过
薄片时表现出的综合性质
两偏光的振幅随光率体半径与 PP斜交角度的变化而变化。旋转物 P 台，矿物的光学性质发生变化
N1 N2
A1 A0 A2
P
(4)若放置非均质体斜交OA薄片， 光率体切面半径之一与PP平行时：
只有∥PP振动的偏光才能透出薄片， 另一振动方向的偏光振幅为零，即不发 生双折射。