第三章晶体光学基础讲解

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
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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
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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。
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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
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第三节 光性方位 二· 二轴晶光率体在晶体中的位置
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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。
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。
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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
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
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。
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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
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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Leabharlann Baidu半径分别为No及Ne‘，光波垂直此种切面入射，
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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 |
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
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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
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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
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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：
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。
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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。
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。
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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
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
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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
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。
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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
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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


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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
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。

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第二节 光率体
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。
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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。
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
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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。
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：