晶体光学基础

透明矿物
不透明矿物
● 晶体光学是岩石学、矿物学、宝 玉石学和材料科学等学科研究的基 础课程之一。
第一章 晶体光学基础
第一节 光的性质
光的学说： ●牛顿的微粒说——光是沿直线高速传播的粒子
流。 ●惠更斯的波动说——光是某种振动以波的形式
向外传播的。 十九世纪末，人们终于认识到：光既有波动性又
有粒子性，即光的波粒二象性。
波传播方向的平面内作全方向、等振幅振动的光。
截面为圆，半径为振幅
2. 偏光
• 偏光—自然光经过反射、折射、双折射或选择性 吸收等作用后，可以转变为只在一个方向上振动 的光波，称为偏振光或偏光。
• 振动面—偏光振动方向与传播方向所构成的平面 称为振动面。
3. 偏光化作用
偏光化作用—将自然光转变为偏光的作用。
3. 曾广策主编，透明造岩矿物与宝石晶体光学. 武汉：中国地质大 学出版社，1997 4. Nesse W. D. Introduction to Optical Mineralogy, Oxford Univ. Press, 2004
Nesse W. D. Introduction to Optical Mineralogy, Oxford Univ. Press, 2004
第一节 光的性质
1. 光是电磁波.
有关参数和公式: v = 3105 km/s (每秒30万公里)
e=m ·c2
v = ·f 或 f = v / f——Hz，每秒振动次数, 单位 s-1
——波长, 单位nm
波长单位通常用纳米(nm)或埃(Å )，常用长度单位的换算关系为： 1 m (米) =103 mm (毫米) =106 μm (微米) =109 nm (纳米) =1010Å (埃)
R1
NB-A为常数，仅与A，B介质性质有关
2) 折射率 定义：光在真空与其他物质中传播速度之
比称为该物质的折射率N：
N
●
R2
i
M
O
r
N=V 真空／V 物质=sin i /sin r
S
N真空=1， N空气=1.0003
自然界一切N>=1
引申：光波在介质中的传播速 NM=VAt; OS=VBt 度与介质的折射率成反比； NM/OM=sin i, OS/OM=sin 当光线由介质A进入介质B时，则NM/OS=sin i/sin r 有NA=V真空/VA; NB=V真空 因此sin i/sin r=VA/VB=NB-A /VB; VA/VB=NB/NA
法线 入射角－ i 折射角－ r
2、折射定律
1) 折射线处于入射线 与法线构成的平面 内；
2) 入射线与折射线分 别位于法线两侧,
若光疏-光密, i>r, 反之光密-光疏, i<r.
3、折射率(Index of refraction)
1) 相对折射率
NB-A= V A／V B=sin i /sin r
科研楼 911A(10011133 )
考试成绩=20%平时成绩（课堂提问+作业 ＋实习报告）＋80%期末考试
教科书
• 晶体光学与造岩矿物学，林培英主编， 地质出版社，2005
晶体光学的参考书
1. 成都地质学院，李德惠，晶体光学，地质出版社，1984 2. 北京大学地质学系岩矿教研室，光性矿物学，地质出版社，1979， 1988
• 反射现象与反射 率是非常重要的, 特别是在金属矿 物与宝玉石行业， 非常有用。
• 矿相学：反光显 微镜, 对不透明 的金属矿物, 例 如方铅矿、闪锌 矿等。
不透明的金属矿物反射图像
三、光的折射及折射定律
1、定义：光线从一种 介质进入另一种介 质，在界面处传播 方向便会发生改变， 即入射光线和折射 光线不在一直线上， 这种现象称为光的 折射(Refraction).
引言: 为什么学习晶体光学
●晶体光学是研究光对透明矿物作用所引
起的光学现象及其规律的一门科学。简单地 说是研究矿物晶体的光学性质。
●矿物学研究的光学性质如颜色、光泽、 条痕、晕彩等都是矿物晶体的外表特征， 用肉眼可观察到，属于宏观特征。
引言: 为什么Baidu Nhomakorabea习晶体光学
● 晶体光学(透明矿物晶体光学)是研究可
晶体光学研究：
偏光显微镜－岩石矿物薄片－观察偏光下的特征
摄影方面：
过滤杂光－滤光片，只让某一方向的光通过——————就是偏光化作用 过滤杂色－滤色片，只让 某种颜色光通过，如蓝色，大海和天空
第三节 光的反射与折射
一、光的直线传播
光在同一种物质中传播的路线是呈直线 的，称为光的直线传播定律(如阳光照进 房里、夜间手电筒的亮光传播)
课程名称：晶体光学与造岩矿物学
任课教师：张招崇 办公室：逸夫楼706室 联系方式：82322195；13910168892
zczhang@cugb.edu.cn zhangzhaochong@sohu.com
总学时：40 学时，讲课20学时 实验课20学时
上课：综合楼 401（周二34节，周四12节） 实习：科研楼 911B(10011110 、10011151 )
第一节 光的性质
2. 电磁波是横波
电磁波的振动方向与 传播方向互相垂直， 即电磁波是横波，故 光波亦是横波。
光波是横波的概念， 在晶体光学中有不少 现象(单偏光、正交 偏光、干涉)都与此 特征有关。
第一节 光的性质
3. 电磁波波谱
据其波长
全部范围: 1015-10-5nm
按波长大－小，划分为:
无线电波 红外线
二、光的反射及反射定律
反射(Reflection)：光从一种介 质射入另一种介质时，在 光滑界面上，如果部分光 仍回到原来的介质中，这 种现象称为光的反射。
反射定律 1. 反射光线位于入射光线与
界面的法线所决定的平面 内; 2. 入射线和反射线分别位于 法线的两侧； 3. 反射角与入射角相等。
反射光在地学中的应用
见光,尤其是可见偏光通过透明矿物晶体 所产生的折射、双折射、偏振、干涉、吸 收、色散等一系列光学现象的基础学科. 使用的主要仪器有透射偏光显微镜。主要 研究对象是矿物颗粒和岩石薄片。它是研 究和鉴定透明矿物的基础和重要方法。
● 绝大多数造岩矿物、宝玉石矿物在薄
片中是透明的，晶体光学是鉴定和研究 岩石和宝玉石显微结构的基本技术。
频率 能量 增大 增大
可见光
紫外线
X 射线
射线, 等
波长(nm) 10-5
射线
1
X射线
紫外线
可见光
105
红外线
短无线电波
1010
广播波段
长无线电波
1015
390
紫
靛 446 464
蓝 500
绿
黄 橙
578 592
620
红 770
第二节 自然光和偏光
根据光波振动的特点，可以把光分为自然光和偏光。 1. 自然光：指直接由太阳或光源发出的、在垂直于光