第三章 正交偏光镜下的晶体光学性质

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第三节 正交偏光镜下的晶体光学性质
一.正交偏光镜的装置及光学特点 装置:在单偏光镜的基础上, 加上上偏光镜,并使上、下 偏光的振动方向相互垂直。
问题: 1.如何确定上下偏光镜的振 动方向是否垂直? 2.正交偏光显微镜的有何光 学特点?
二.正交偏光镜下矿片的消光现象及消光位 1 .消光:矿物在正交偏光镜下,由于下偏光的
英楔观察视域内出现紫红色的次数; ⑦干涉色级序即为紫红色出现的次数加一。 ⑷ 高级白干涉色的鉴定方法
将矿片置于视域中心,转动载物台使矿片消光,再转45° 加入石膏试板或云母试板,干涉色不变为高级白。
3 、未知矿物双折率的测定(不精确,误差较大) 根据 R=d(N1-N2)测定,而且要测定最大双折率才有意
2.当矿物切片的光率体的切面为一圆时,光线经过矿片 不改变其原来的振动方向,即会发生全消光。所有 均质体(包括一切非晶质体的气体、液体、树胶、玻 璃体和等轴晶系的晶体)和垂直于光轴方向的非均 质体切片。
3. 非均质除垂直光轴以外的切片,均会出现四次 消光。其处于消光位时,光率体椭圆长、短半 径与上、下偏光振动方向AA、PP平行。消光位 具体用消光角或者消光类型表示。
如果光源为白光时,在正交偏光镜间,在45度位时插入石 英楔,随着石英楔的慢慢推入,视域内出现的不是明暗相间 的干涉条带,而是不同的颜色,这种颜色称为干涉色。
问题:为什么以白光为光源会产生一定的 干涉色?
这是因为白光是由不同波长的单色光混合而成的, 光程差不可能同时是所有波长的奇数倍或偶数 倍,即不可能所有单色光同时增强或减弱,必 然有一部分单色光增强,而另一部分单色光减 弱。这样,不同程度加强的单色光波混合起来 就构成了与该光程差相应的混合颜色。
级橙黄,降低变为(653nm)二级蓝色 适用于干涉色级序一级、二级和三级的晶体。
⑶ 石英楔(云母和石膏试板不起作用时使用)
光程差为0至1680 nm,在45°位置时依次产生一 级到三级干涉色。同名半径平行,干涉色不断升高。 异名半径平行时,干涉色不断降低。
六、消色法则的应用 非均质体矿片上光率体椭园半径方向及名称的测定
假设在正交偏光显微镜下我们观察一个非均质体,其光 程差R=100nm,显示干涉色为一级灰,我们应该怎样进 行轴名的测定呢?
1.选定补色器:石膏试板; 2.旋转载物台,使晶体处于45 °位, 使晶体最亮; 3.从45 °位插入石膏试板(光程差 560nm),观察其干涉色的变化; 4.如果是同名轴平行,光程差相加, 则总光程差为660nm,显示的干涉色 如图二级蓝;如果是异名轴平行,总 光程差为460nm,显示的干涉色为一 级橙黄。 5.根据干涉色的变化,画出其轴名。
2、几种常用的补色器 ⑴ 石膏试板(λ)——嵌在长形金属板一端的圆孔中,
使光率体切面的椭圆的长半径平行于长形金属板短边, 短半径平行于长边。
---干涉色的变化是针对石膏试板的一级紫红。适用于干 涉色级序为一级的矿物。
光程差为560 nm,在正交偏光45°位置时,呈现一 级紫红干涉色,使矿片升高或降低一个级序。如矿片干 涉色为一级灰(147nm),升高变为二级蓝(707nm),
B.45°位 D.干涉色降低
⑵ 试板选用及干涉色升降判断 ①干涉色在二级黄以下,选用石膏试板, 如原来矿片干涉
色为一级灰,加入石膏试板后,升高为二级蓝, 降低为一级黄。 ②干涉色在二级黄以上,选用云母试板, 如原来矿片干涉色为
二级黄,升高为二级紫红,降低为二级绿。 ③高于三级干涉色的矿片,用石英楔。
④当级序很大时,各色序之间的 界线基本上已不存在,各色光波 混杂形成一种与珍珠表面相似的 亮白色,即高级白。
(3)干涉色色谱表:根据R=d(N1-N2) 制成的图表, 反映光程差、矿片厚度及双折率之间的关系。
异常干涉色: 某些矿物呈现不同于色谱表的反常干涉色. 绿泥石:正常一级灰,异常为柏林蓝或绣褐色。
5.干涉色高低的影响因素
干涉色高低取决于光程差
矿物性质 矿物的切 面方向
矿片厚度
平行光轴或光轴 面最大 垂直光轴没有光程差
其余在两者之间
R=d(N1-N2) R—光程差, d—矿片厚度, N1-N2—双折率 鉴定晶体时,最高干涉色才有意义。
五、 消色法则及补色器
1、消色法则 消色:两块具有干涉色薄片叠加后,两者干涉色消失,视域
λ:入射光的波长
R:光程差。
5.矿片干涉结果的明亮程度的因素?
A2

OB2
s in 2
2 sin2 ((Ng'Np')
)
(1)当切片为均质体或非均质体垂直于光轴的切片 时,ΔN=0,此时,旋转载物台一周,正交镜下始终 保持全黑,即出现全消光现象。
(2)当ΔN≠0,当α=0°、90°、 180°、 270 °时, A+=0,视域内全黑,即旋转载物台360 ° ,出现四 次全黑的现象,即出现了四次消光。
由于白光中不同波长的光线干涉后增强或减弱后 混合而成的颜色,所以为干涉色。
问题:影响干涉色的因素有哪些?
1.干涉色只决定于光程差,于晶体的颜色无 关; 2.决定光程差的大小因素是薄片的厚度(D) 和切面方位中的双折射率(Ng-Np),薄片 的厚度和切面方位中的双折射率决定了干 涉色;
3.α角的大小只影响干涉色的亮度而不影 响干涉色本身的颜色;
降低变为一级黄(413nm)。 适用条件:当干涉色超过二级黄,无效。晶体的干涉色
级序越高,效果越差。
⑵ 云母试板(1/4λ) ----颜色的变化时针对矿物薄片的干涉色。 光程差为147nm,干涉色为一级灰白; 使矿片的干涉色
升、降一个色序。 如矿片为一级紫红,升高变为二级蓝,降低变为一级橙
黄。 晶体干涉色为二级绿(800nm),升高变为(947nm)二
(3)当α=45°、135°、 225°、 315 °时,视域 内最亮 。
四 干涉色
1.单色光的干涉情况:
A2

OB2
s in 2
2
sin2 ((Ng'Np')
)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(1)当用单色光做光
源时,当光程差为波长
的整数倍时,此时视域
内黑暗。
(2)用单色光做光源,
光程差是半波长的奇数
倍,干涉加强,视域内
2、干涉色级序的观察与测定
选切面 干涉色级序的高低与切面方向有关,平行光轴或光轴
面的切面干涉色最高,要选这种切面测定矿物最高干涉色级 序。 测定方法: (1)目估法:凭经验判断。 ⑵ 边缘色带法:利用晶体碎屑边缘的干涉色色圈判断干涉色
级序。
★ 楔形边法测定矿物的干涉色级序
干涉色级序:
晶体中部的干涉色为边部开始出现 的红色色圈数加壹。
明亮。
问题:如何观察单色光的干涉情况?
在正交偏光显微镜下,单色光做光源,45 度位插入石英楔,随着石英楔的慢慢推 入,视域内依次出现明暗相间的干涉条 带。亮带代表增强,暗带代表减弱。
注意:明暗条纹间的距离取决于单色光的 波长,红色光的波长较长,其间距也较 大。
2.白光的干涉情况(干涉色的形成):
1.光波的振动频率基本相同。 2.两束光波相遇时有固定的相位差。 3.光波的振动方向一致,在同一平面内振动。
问题:2.在正交偏光显微镜下,为什么会 产生干涉现象?
1. K1`,k2`为同一束光线分解而成,故频率相同; 2.两者在同一平面(AA)内振动; 3.两者之间由固定的光程差,所以具有固定的相位
1. 矿物在正交偏光显微镜为什么变黑 暗呢?
2.什么样的矿物会出现全消光? 3.什么样的矿物会出现四次消光?四
次消光的消光位有何特点?
问题:
1.在正交偏光显微镜下,自然光通过下偏光镜后转变 为振动方向为PP的偏振光,如果矿片的光率体椭 圆半径与上、下偏光的振动方向平行,光线通过 矿片其振动方向不发生改变,由于于上偏光镜AA 的振动方向垂直,而不能透过,所以使目镜视域 呈现黑暗。
适用情况:矿物颗粒具有楔形边缘, 其边缘较薄,向中央逐渐增加,厚 度增大比较均匀,因而矿片的干涉 色级序也是边缘较低,向中央逐渐 升高。边缘色带应从一级灰白开始。
如最外圈为一级灰白, 向中央干涉色逐渐升高 而构成细小的干涉色色 圈或不连续的干涉色细 条带。其中经过一条红 带,则矿片干涉色为二 级;经过n条红带,矿片 干涉色为(n+1)级。
如果矿片边缘最外圈不 是从一级灰白开始,则 不能应用这种方法判断 干涉色级序。
⑶ 利用石英楔测定干涉色级序 ①将要测定的晶体置于视域中心,转动载物台到消光位;
②从消光位准确转动载物台45°,观察干涉色; ③从试板孔缓慢插入石英楔,观察晶体干涉色的变化; ④若干涉色逐渐升高,需转动载物台90°; ⑤若干涉色降低,继续缓慢插入石英楔至晶体出现黑带; ⑥取出薄片,视域中出现与晶体相同的干涉色,缓慢拉出石
PP偏光透过薄片而不能透过上偏光镜使视域 呈现黑暗的现象。 2.全消光 :转动物台360°,矿片的消光现象不 改变,即矿片一直处于全黑状态的现象。 3.四次消光:转动物台360°,矿片有四次处于 消光位的现象,即矿片四次处明暗交替的现象。
4.消光位:四次消光的晶粒处于消光状态 的位置。
问题:
4、干涉色级序及各级序特性 (1)干涉色:正交偏光下用白光观察时,非均质体矿片呈现
的各种颜色。
随着光程差的逐渐增加,产生了一系列有规律变化的干涉色 序。为了将光程差不等而颜色相同的干涉色区别开来,用 特征色将干涉色分级,每级内干涉色均按照一定的次序出 现,称为干涉色级序。
第一级序(0~560nm):暗灰—灰白—浅黄—亮黄—橙— 紫红 第二级序(560~1120nm):蓝—蓝绿—绿—黄—橙—紫红 第三级序(1120~1680nm):蓝绿—绿—黄—橙—红 第四级序(1680nm以上):粉红—浅绿—浅橙高级白:更高级序各色光波混杂形成一种与珍珠表面相似的 亮白色。
决定光程差的因素是薄片的厚度和晶体的双折射率值。
4.影响两光波的合成振幅的因素?
根据同一平面内两平面偏光迭加的原理,可以求得正交
偏光镜下两光波的合成振幅:
A2

OB2
s in 2
2 sin2 ( R
)
OB:入射光强度;
α:晶体切片上光率体椭圆 半径与下偏光镜振动方向之 间的夹角。
三. 正交偏光镜间矿片的干涉现象
非均质除垂直光轴以外 的切片,在消光位以外的任 何位置,其光率体椭圆长、 短半径与上、下偏光振动方 向(AA、PP)斜交,光线 经过分解后具备了干涉条件, 必将发生干涉作用。
非均质体矿物双折射的偏光分解和单色平面偏光经两 次分解合成后互相干涉的相位差。
问题:1.两束光产生干涉的条件是什么?
差。
3.影响光程差的因素有哪些?
R=V0(tg-tp) tp=D/Vp;tg=D/Vg
R=V0(tg-tp)=D(Vo/Vg-Vo/Vp)=D(Ng-Np)=D*△N
R:两束光到达人眼时的光程差; V0:光在空气中的速度; D:晶体薄片的厚度 tp、tg:快光、慢光通过厚度为D的薄片所需要时间; VP、Vg:光在晶体中的传播速度; Ng,Np:光线的在晶体中的折射率; △N:晶体的双折射率。
(1)将要测定的晶体放在视域中心,旋转载物台到消光位。(光率 体的两轴与目镜的上下偏光的振动方向一致)
(2)旋转载物台45°,视域最亮。(光率体两轴与上下偏光的振动方 向夹角45°)
(3)加入补色器,根据干涉色的升降判断晶体的光率体与石膏石板光 率体的关系。
(4)判断出光率体的轴名(Ng、Np)
A.消光位 C.干涉色升高
呈现黑暗的现象。 在正交偏光镜间,两个非均质体任意方向的切片(除垂直 光轴以外的),在45°位置重叠时,两矿片光率体椭圆半 径同名半径平行,总光程差等于原来两矿片光程差之和,表 现为干涉色升高。异名半径平行时,总光程差等于原来两矿 片光程差之差,其干涉色降低(比原来高的干涉色降低, 比原来低的干涉色不一定降低)。 当异名半径平行,且光程差相等就出现消色现象,这就是 消色法则。
(2)干涉色级序的特征有: ①每个级序的顶部色均以紫红色或红色为标志; ②一级干涉色有灰黑色、灰白色而无蓝色、绿色,二级 以上干涉色有蓝色、绿色而无灰黑色、灰白色; ③二级以上干涉色的变化规律是一致的,基本上为蓝、 绿、黄、橙、黑,所不同的是随着级序的升高,干涉色 的鲜艳程度降低、各色序之间的界线越来越模糊;
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