晶体光学PPT

2、偏振光——只在垂直传播方向上的某一固定方向上振动的 、偏振光 只在垂直传播方向上的某一固定方向 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， 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。 也叫平面偏振光。 特点： 特点：只有一个振动面 自然光经过反射、折射、 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） 。（起偏镜 动方向固定的偏光。（起偏镜）
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 、自然光 从光源直接发出的光， 从光源直接发出的光 成的复杂混合波（ 太阳光，灯光等）。 成的复杂混合波（如：太阳光，灯光等）。 特点：在垂直光波传播方向的平面内，任意方向上都有振幅 特点：在垂直光波传播方向的平面内，任意方向上都有振幅 上都有 相等的光振动 光振动。 相等的光振动。
斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系 斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系——低级晶族 低级晶族
共同特点： 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， 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， 在光学性质上表现为有三个大小不同的折射率，分 别用Ng， 表示， 别用 ，Nm，Np表示，大小次序为 ＞Nm＞ ， 表示 大小次序为Ng＞ ＞ Np，称为主折射率。三个主折射率的方向互相垂直， 互相垂直， ，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。 构成了低级晶族矿物光率体的三个光学主轴。 由于在Ng与 之间总能找到一个折射率值与 之间总能找到一个折射率值与Nm相 由于在 与Np之间总能找到一个折射率值与 相 构成两个圆形切面， 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， 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 二轴晶矿物。 称为二轴晶矿物。
问题：是不是光波沿任何方向射入非均质体内， 问题：是不是光波沿任何方向射入非均质体内，都要 发生双折射呢？ 发生双折射呢？
七大晶系晶胞参数特点
高级晶族（等轴晶系） 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 ， ， 轴方向的物理性质完全相同， 轴方向的物理性质完全相同 方向相同，称为均质矿物，如石榴子石、萤石等。 方向相同，称为均质矿物，如石榴子石、萤石等。 中级晶族——三方 立方晶系，四方，六方晶系 三方/立方晶系 四方， 中级晶族 三方 立方晶系， a0＝b0≠c0，α＝β＝γ＝90°；故a、b轴方向具有几乎相同 ＝ ＝ ＝ ° 、 轴方向具有几乎相同 的物理性质， 轴方向为高次对称轴的方向 轴方向为高次对称轴的方向。 的物理性质， c轴方向为高次对称轴的方向。 低级晶族——斜方晶系（α＝β＝γ＝90°）、单斜晶系（α 斜方晶系（ ＝ ＝ ＝ °）、单斜晶系 单斜晶系（ 低级晶族 斜方晶系 ）、三斜晶系 ＝γ＝90°＜β）、三斜晶系（α≠β≠γ≠90°）， 0≠b0≠c0； ＝ ° ）、三斜晶系（ °），a 它们的物理性质在三个结晶轴方向上都有差别。 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， 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。 质矿物，如石英、方解石、长石、橄榄石等。
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。 光是一种电磁波，其传播方向与振动方向互相垂直。
波速: 波速 V=fλ=λ/T=ωλ/2π 光强： 光强： I=KA2
波动方程： 波动方程： Y=Acos(ωt+θ) 其中：ωt+θ——位相 其中： 位相 f——频率 频率 λ——波长 波长 T——周期 周期 A——振幅 振幅 ω——圆频率 圆频率
六、光的全反射与临界角
由折射定律可知： 由折射定律可知： 当光由光疏介质射入到光 密介质时， 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， 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， 不断增大，折射线愈来愈远离 法线。 法线。当入射角逐渐增大到一 定角度时， 定角度时，相应的折射线沿界 面进行。此后， 面进行。此后，如果光线的入 射角继续增大，则发生全反射， 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。 而出现突变性的飞跃增强。
五、光的折射及全反射 光的折射及折射率
Sini / Sinr = Vi/ Vr = Nr/Ni
i—入射光线与法线夹角； 入射光线与法线夹角； 入射光线与法线夹角 r—折射光线与法线夹角； 折射光线与法线夹角； 折射光线与法线夹角 Vi—光波在入射介质中的传播速 光波在入射介质中的传播速 度； Vr—光波在折射介质中的传播速 光波在折射介质中的传播速 度
光性方位——表示光率体主轴与晶体结晶轴之间存在着的 表示光率体主轴与晶体结晶轴之间存在着的 光性方位 某种一定的空间关系，叫光性方位。 某种一定的空间关系，叫光性方位。 本章节自学） （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， 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
光学显微分析部分（ 学时 学时） 光学显微分析部分（20学时）
——课程安排 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） 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）
第三章《偏光显微镜》 准备实验。 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》 第四章《单偏光下晶体的光学Βιβλιοθήκη Baidu质》
硅石熟料
硅石生料
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， 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， 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、 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。 题的能力。 光学显微分析的内容包括两大部分： 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； 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； 反射偏光显微镜的原理及其在材料研究中的应用； 其中， 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》 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
---- 概念 目标 应用 为什么要学习晶体光学？
概念：晶体光学是研究可见光通过所产生的光学现象（颜色、 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。 折射、双折射、干涉等）及其规律的一门科学。
椭球体
通过光率体我们可以直观地判断： 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。 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 是从晶体光学现象中抽象出来的立体形态， 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， 即它并不存在于晶体中的某个部位，也没有绝对的几何尺 仅仅是相对入射光的位置和方向而抽象地存在。但是， 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， 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。 固定的方式存在于晶体之中的。
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 光具有“波粒” 晶体光学主要利用的是光的 波动理论。 波动理论。 二、可见光（光波） 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～ 小区段，其波长范围为 ～ 770nm（1nm =10埃）。可见光 （ 埃）。可见光 波中频率不同呈现不同的颜色。 波中频率不同呈现不同的颜色。 波长由长至短， 波长由长至短，相应的颜色由红 经过橙、 经过橙、黄、绿、蓝、青连续过 渡到紫色，我们通常所见的“ 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。 混合光。
目标：掌握偏光显微镜下研究、鉴定透明矿物的基本原理和基 目标：掌握偏光显微镜下研究、 本方法；掌握常见透明矿物的鉴定特征. 本方法；掌握常见透明矿物的鉴定特征.根据不同的晶体其 光学性质不相同的特点来鉴定透明矿物， 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 定性和半定量分析 分析。 行定性和半定量分析。
应用：岩石学、矿物学、宝石学；玻璃、陶瓷、冶金、医药、 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。 化工等生产和科研部门。
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。
三方/立方晶系，四方，六方晶系 三方 立方晶系，四方，六方晶系——中级晶族 立方晶系 中级晶族
a0＝b0≠c0，α＝β＝γ＝90°，Ln，n＝3，4，6； ＝ ＝ ＝ ° ＝ ， ， ； 轴方向具有几乎相同的物理性质， 轴方向为高次 故a、b轴方向具有几乎相同的物理性质， c轴方向为高次 、 轴方向具有几乎相同的物理性质 对称轴的方向。在光学性质表现为有两个大小不同的折射率， 对称轴的方向。在光学性质表现为有两个大小不同的折射率， 分别用Ne和 表示 表示： 分别用 和No表示： 其中No为常光 其传播速度不变， 为常光， 其中 为常光，其传播速度不变，振动方向总是垂直于入 在晶体光学中，入射光与光轴/对称轴构成的平面称为 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）； 入射面）； 的传播速度是则随着入射方向的改变而改变， 而Ne的传播速度是则随着入射方向的改变而改变，称为非 的传播速度是则随着入射方向的改变而改变 常光，它的振动方向总是平行于入射面的。 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， 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， 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 一轴晶矿物。 称为一轴晶矿物。