1-2 晶体光学基础理论
《晶体光学与光性矿物学》教程讲义教案0目录
《晶体光学与光性矿物学》教程讲义教案第一至五章第一章：晶体光学基础1.1 引言介绍晶体光学与光性矿物学的重要性概述教程的目标和内容1.2 晶体的基本概念定义晶体及其特点晶体的分类和空间点阵1.3 晶体的光学性质介绍晶体光学性质的基本原理晶体的折射率、双折射和偏振1.4 晶体的衍射和干涉解释衍射和干涉现象衍射和干涉在晶体光学中的应用第二章：光性矿物学基本概念2.1 引言介绍光性矿物学的研究对象和方法概述光性矿物学的发展历程2.2 矿物的基本概念定义矿物及其特征矿物的分类和命名2.3 矿物的光学性质介绍矿物的光学性质及其测定方法矿物的折射率、双折射和偏振2.4 光性矿物学的研究方法介绍光性矿物学研究的基本方法光学显微镜和X射线衍射等技术第三章：矿物的结晶习性3.1 引言介绍矿物结晶习性的重要性概述本章内容3.2 矿物的晶体结构介绍矿物的晶体结构及其类型晶体的空间点阵和晶胞参数3.3 矿物的结晶习性解释矿物的结晶习性及其影响因素晶体的生长和晶体习性的变化3.4 矿物的形态和分类介绍矿物的形态及其分类方法晶体的形状和晶体习性的关系第四章：矿物的光学性质4.1 引言概述矿物光学性质的重要性介绍本章内容4.2 矿物的折射率和双折射解释矿物的折射率及其测定方法矿物的双折射和偏振现象4.3 矿物的颜色和条痕介绍矿物的颜色和条痕的形成原因颜色和条痕在矿物鉴定中的应用4.4 矿物的光泽和硬度解释矿物的光泽及其形成原因矿物的硬度及其测定方法第五章：光性矿物学的实验技术5.1 引言介绍光性矿物学实验技术的重要性概述本章内容5.2 光学显微镜的使用介绍光学显微镜的结构及其操作方法显微镜在光性矿物学中的应用5.3 X射线衍射技术解释X射线衍射技术的原理及其应用X射线衍射在矿物学中的应用5.4 其他实验技术介绍其他光性矿物学实验技术例如：红外光谱、拉曼光谱等第六章：矿物的物理性质6.1 引言概述矿物物理性质的重要性介绍本章内容6.2 矿物的密度和相对密度解释矿物的密度和相对密度的概念测定矿物密度和相对密度的方法6.3 矿物的热性质介绍矿物的热性质及其测定方法矿物的熔点、热膨胀和导热性6.4 矿物的电性质解释矿物的电性质及其影响因素矿物的电阻率和导电性第七章：矿物的化学成分7.1 引言介绍矿物化学成分的重要性概述本章内容7.2 矿物的元素组成解释矿物元素组成的基本概念矿物的化学元素和化合物的鉴定7.3 矿物的离子替代和同质多象解释离子替代和同质多象的概念离子替代和同质多象在矿物形成中的应用7.4 矿物的化学反应介绍矿物化学反应的基本原理矿物的化学反应和化学测试方法第八章：矿物的成因和分类8.1 引言概述矿物成因和分类的重要性介绍本章内容8.2 矿物的成因分类解释矿物成因分类的基本概念火成岩、沉积岩和变质岩中的矿物8.3 矿物的地质分布介绍矿物的地质分布特征矿物的分布规律和成矿条件8.4 矿物的经济价值和应用解释矿物经济价值的概念矿物的开采、利用和保护第九章：光学矿物学的实验操作9.1 引言介绍光学矿物学实验操作的重要性概述本章内容9.2 光性矿物学实验的操作步骤详细介绍光性矿物学实验的操作步骤实验操作的注意事项和技巧9.4 实验结果的分析和讨论介绍实验结果分析和讨论的方法分析实验结果和探讨实验中发现的问题第十章：矿物鉴定的综合应用10.1 引言概述矿物鉴定综合应用的重要性介绍本章内容10.2 矿物鉴定的方法和技巧介绍矿物鉴定的方法和技巧光学显微镜、X射线衍射等技术在矿物鉴定中的应用10.3 矿物鉴定的实例分析分析矿物鉴定的实际案例讨论矿物鉴定过程中的难点和解决方法10.4 矿物鉴定的综合应用解释矿物鉴定在实际应用中的重要性矿物鉴定在地质勘探、矿产开发等领域的应用前景第十一章：光学矿物学实验：岩石薄片的制备与观察11.1 引言介绍岩石薄片制备与观察在光性矿物学中的重要性概述本章内容11.2 岩石薄片的制备方法详细介绍岩石薄片的制备步骤和技术要点包括样品的选择、切割、磨光和抛光等过程11.3 光学显微镜的使用与操作解释光学显微镜的结构和功能操作显微镜进行岩石薄片观察的步骤和技巧11.4 岩石薄片的观察与描述介绍岩石薄片观察的方法和注意事项描述岩石薄片中的矿物组成、结构和构造特征第十二章：光性矿物学实验：X射线衍射分析12.1 引言介绍X射线衍射分析在光性矿物学中的重要性概述本章内容12.2 X射线衍射原理解释X射线衍射的原理和现象X射线衍射在矿物学中的应用12.3 X射线衍射仪的使用与操作详细介绍X射线衍射仪的结构和功能操作X射线衍射仪进行矿物分析的步骤和技巧12.4 X射线衍射分析的应用介绍X射线衍射分析在矿物学中的应用实例讨论X射线衍射分析在矿物鉴定和成因研究中的应用第十三章：光性矿物学实验：红外光谱分析13.1 引言介绍红外光谱分析在光性矿物学中的重要性概述本章内容13.2 红外光谱原理解释红外光谱的原理和现象红外光谱在矿物学中的应用13.3 红外光谱仪的使用与操作详细介绍红外光谱仪的结构和功能操作红外光谱仪进行矿物分析的步骤和技巧13.4 红外光谱分析的应用介绍红外光谱分析在矿物学中的应用实例讨论红外光谱分析在矿物鉴定和成因研究中的应用第十四章：光性矿物学实验：拉曼光谱分析14.1 引言介绍拉曼光谱分析在光性矿物学中的重要性概述本章内容14.2 拉曼光谱原理解释拉曼光谱的原理和现象拉曼光谱在矿物学中的应用14.3 拉曼光谱仪的使用与操作详细介绍拉曼光谱仪的结构和功能操作拉曼光谱仪进行矿物分析的步骤和技巧14.4 拉曼光谱分析的应用介绍拉曼光谱分析在矿物学中的应用实例讨论拉曼光谱分析在矿物鉴定和成因研究中的应用第十五章：总结与展望15.1 总结回顾整个教程的内容和重点知识点强调光性矿物学在地质学和矿物学中的重要性15.2 展望讨论光性矿物学的发展趋势和未来挑战探索光性矿物学在新领域的应用前景重点和难点解析本文档为您提供了一部关于晶体光学与光性矿物学的教程讲义教案，涵盖了从晶体光学基础、光性矿物学基本概念、矿物的结晶习性、矿物的光学性质、矿物的物理性质、矿物的化学成分、矿物的成因和分类、光学矿物学的实验技术、矿物的经济价值和应用，到光学矿物学实验操作以及矿物鉴定的综合应用等十五个章节的内容。
晶体光学基础理论
成绩评定
1．实验课，实验报告 20％
2．未知鉴定
20％
3．闭卷考试
60％
第一讲 晶体光学基础知识
晶体光学主要是研究可见光通过透明矿物晶体时的一些光学现 象及其变化规律，由于不同的晶体其光学性质不同（光学各向 异性），从而可以通过 其不同的光学特征鉴定矿物
本讲主要内容
●光学基本知识 ●光率体 ●光性方位 ●色散
二轴晶光率体正光性：Bxa = Ng ( Bxo = Np ) 光轴角 2 V < 90度 二轴晶光率体负光性：Bxo = Ng ( Bxa = Ng ) 光轴角 2 V > 90度
偏光显微镜技术
二轴晶光率体的切面类型
A. 垂直OA的切面 B. 平行OAP的切面 C. 垂直Bxa的切面（＋） D.垂直Bxa的切面（－） E. 垂直Bxo的切面（＋） F. 垂直Bxo的切面（－） G.任意斜交切面 H.垂直OAP的斜交切面
A:一轴晶正光性矿物的光性方位，B：一轴晶负光性矿物的光性方位
偏光显微镜技术
●低级晶族矿物的光性方位
斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系
A: 斜方晶系矿物的光性方位 B：单斜晶系矿物的光性方位 C：三斜晶系矿物的光性方位
ห้องสมุดไป่ตู้
第四节 色散
在物理学中，色散是指白光（复色光）通过透明物质 后分解为单色光而形成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫 连续光谱的现象。 ●白光是由多种色光组成。 ●透明物质对不同波长光波的折射率是不同的。
晶体光学 &
光性矿物学
主讲：
绪论
一、晶体光学
是研究可见光通过透明矿物晶体 所发生的折射、偏振、干涉、吸收,、 色散等一系列光学现象的基础学科； 是介绍用偏光显微镜在岩石薄片中测 定透明矿物光学性质的基本原理和基 本方法的应用学科
1-2晶体光学基础
（3）光性正负及光轴角大小 包含二光轴的切面称为光轴面（ ）。以符号AP表 以符号AP 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（ 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 2V， 2E。 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 Bxa， Bxo。 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N 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 ｘａ＝Nｇ，Bｘｏ＝Nｐ：正光性 Bｘａ＝Nｇ，Bｘｏ＝Nｐ：正光性 Bｘｏ＝Nｇ，Bｘａ＝Nｐ：负光性 ｘｏ＝Nｇ，Bｘａ＝Nｐ：负光性 ｇ、Nｍ、N 的相对大小， 以Nｇ、Nｍ、Nｐ的相对大小，也可判断光性正负 ｇ－N >Nm－Np时 Bxa＝Ng， 当Nｇ－Nｍ>Nm－Np时，则Bxa＝Ng，正光性 Ng－Nm<Nm－Np时 Bxa＝Np， 当Ng－Nm<Nm－Np时，则Bxa＝Np，负光性 2V的大小 可按下式求得： 的大小， 2V的大小，可按下式求得：
（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， 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 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， 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， NgNm面 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 NgNp面、NmNp面 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 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， NgNp之间可作一系列的切面 Nm 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， NgNp之间 Ng‘＝ 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 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， 二轴晶，以符号OA表示。 OA表示 二轴晶，以符号OA表示。
晶体光学一、二
4、光性正负 、 与一轴晶光性正负的确定有所不同，二轴晶光性正负取决于： 当Ng－Nm ＞Nm－Np （＋）。此时Nm 比较接近Np ，两个 圆切面靠近Np ，光轴则接近Ng 。所以Ng 为 Bxa 、Np 为 Bxo 。 当Ng－Nm ＜Nm－Np （－）。此时Ng为Bxo。Np为Bxa。
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无论光性如何， 无论光性如何， ⊥Bxa 切面的双折率总是小于 ⊥Bxo 切面上的 双折率。 双折率。 证明：（＋） Ng－Nm ＞ Nm－Np （⊥Bxo） （⊥Bxa） （－） Ng－Nm ＜ Nm－Np Bxa Bxo （⊥Bxa） （⊥Bxo） （5）斜交切面： 即不垂直主轴，也不垂直光轴。 a、半任意斜切面（垂直于一个主轴面的斜交切面），椭圆， 有一个半径为主轴。另一个为Ng’或Np’，比较重要的是⊥NgNp 面 （AP）的切面。含Nm。 b、任意斜交切面， 椭圆，半径为Ng’、Np’，双折率介于 O 与Ng－Np 之间。
2、一轴晶光率体的主要切面
岩矿鉴定中常 应用的是晶体不 同方向上的切面 （薄片切面）。 所以必须对光率 体几种主要切面 的形状和切面半 径所表示的折射 率值十分熟悉。
（1）⊥OA切面： 不发生双折射，不改变特点。 圆，半径为Ne ，一轴晶仅有一个。（过球心，⊥Z轴） （2）∥OA切面： 分解为两种偏光，平行两个半径。 椭圆：（＋）长半径为Ne，短No , （－）长半径为No，短Ne， 双折率为（Ne－No）,为最大双折率。 （3）斜交光轴切面（最常见） ：分解成两种偏光。 椭圆，（＋）长Ne＇，短No , （－）长No, 短Ne＇， 双折率为No与Ne＇之差，大小介于0与（Ne－No）之间。 小结：初步可知，应用光率体，可以确定光波在晶体中 的传播方向（波法线方向）、振动方向及相应折射率值之 间的关系。⊥OA方向的切面；圆，不发生双折射，非⊥OA 方向，双折射。椭圆，椭圆半径方向为振动方向。长度表 示n值，二者差为双折率。
《晶体光学》课件
晶体光学的基本原理
光的波动理论
光在晶体中传播时，由于晶体的特殊 结构，光的电场和磁场分量会受到不 同的影响，从而产生折射、反射、衍 射等现象。
光的量子理论
光与物质相互作用时，光子与晶体中 的电子相互作用，产生光电效应、光 磁效应等量子现象。
晶体光学的应用领域
光学仪器设计
激光技术
晶体光学原理被广泛应用于各种光学仪器 和设备的设计与制造，如眼镜、望远镜、 显微镜等。
《晶体光学》课件
目录
• 晶体光学概述 • 晶体光学基础知识 • 晶体光学现象 • 晶体光学实验技术 • 晶体光学发展前沿与展望
01
晶体光学概述
晶体光学的定义与重要性
01
晶体光学是一门研究晶体对光的 传播、折射、反射、衍射等特性 的学科，是光学领域的重要分支 。
02
晶体光学在科技、工业、医学等 领域具有广泛的应用，对于推动 科学技术进步和人类社会的发展 具有重要意义。
新型晶体材料在光学器件、激光器、传感器等领域有着广泛的应用，如利用拓 扑晶体制作新型光子器件，提高光子操控能力；利用钙钛矿晶体制作高效太阳 能电池，实现清洁能源的高效转化。
晶体光学与其他领域的交叉研究
晶体光学与量子信息
量子信息领域的发展为晶体光学提供 了新的研究思路和方法，如利用量子 纠缠和量子干涉等量子效应，实现更 高效的光子操控和信息传输。
光学显微镜
用于观察晶体光学现象和特征 ，是晶体光学实验的基本设备
。
偏光棱镜
用于产生偏振光，是晶体光学 实验中常用的光学元件。
干涉显微镜
用于观察干涉现象和测量晶体 光率体，是研究晶体光学性质
的重要工具。
其他附件
如光源、快门、滤色片等，用 于调节和控制实验中的光线。
晶体光学基础理论
五、光率体在晶体中的位置——光性方位 光率体的主轴与结晶轴及（晶面、晶棱）之间的关系称 为光性方位。不同晶体的光性方位不同，而同一种晶体的 光性方位基本固定，故确定光性方位可以帮助鉴定晶体。 均质体光率体任意方向切面都有是圆切面，也就有无数 光轴，就不存在光学主轴与晶轴、晶面等关系，即不存在 光性方位问题。 1、一轴晶光率体在晶体中的位置 三方、四方和六方晶系晶体的光率体均属于一轴晶光率 体，一轴晶光率体为旋转椭球体，其旋转轴（光轴Ne）与 结晶轴（C轴）相当，它与晶系的高次对称轴平行（重 合）。
2、一轴晶光率体
四方、三方、六方晶系的中 级晶族晶体的水平结晶轴单位 相等，而与高次对称轴（C轴） 方向不等，a=b≠c。因此其水 平方向上的光学性质相同（N 相同），而与C轴不同，所以 一轴晶光率体是以C轴为旋转 轴的旋转椭球体。沿C轴（Ne） 方向入射光不发生双折射，C 轴称光轴，因只有一个方向这 样轴故称一轴晶，Ne、No称 光学主轴。
折射率为1.003与真空相当。所
以通常把空气的折射率当作1， 实际测定时都是与空气相比的。 光的折射
如果把光在空气中的速度定为 v 0 ，在某介质中的速度定为v 1 ， 则该介质的折射率定为
任何一种物质，折射率都与速度成反比。即传播速度 越快
（大）折射率越小；传播速度越慢折射率越大。当光从折射率 n小的介质（光疏介质）进入折射N大的介质（光密介质），由 于
三、光性均质体与光性非均质体
各种固体物质根据其光学性质可分为光性均质体和光性 非均质体两大类。
光性均质体是指光波在其中传播时，其传播速度不因振 动方向不同而发生改变的一类物质，即只有一个折射率。 光波入射光性均质体发生单折射现象，基本上不改变入射 光波的振动特点和振动方向的，如石盐，各个方向的折射 率均为1.544。当把石盐磨成薄片放在物台上，从下偏光上 来的光线向射入石盐晶体薄片后，不改变其振动方向，仍 按下偏光振动方向向上传播，而透不过上偏光镜，在正交 偏光系统下，看起来是黑的，转动物台一周都不变化。光 性均质体，简称均质体，属于这一类的有等轴晶系晶体和 非晶质的固体（如树胶、玻璃等）。
晶体光学考试复习资料
一、晶体光学基础1.光性均质体：等轴晶系矿物及非晶质体物质的光学性质各个方向相同，称为光性均质体。
2.光性非均质体：中级晶族和低级晶族的矿物，其光学性质随方向而异，称为光性非均质体。
3.中级晶族只有一个光轴方向，称为一轴晶；低级晶族有两个光轴方向，称为二轴晶。
4.光率体：表示光波在晶体中传播时，光波的振动方向与相应折射率值之间关系的一种光性指示体。
5.如何构成光率体？设想自晶体的中心起，沿光波在晶体中的振动方向，按比例截取相应的折射率值，每一个振动方向都可作一个线段，把各个端点连接起来便构成该晶体的光率体。
6.一轴晶光率体是一个以Z轴为旋转轴的旋转椭球体。
而且有正、负之分：当Ne>No时为正光性；当Ne<No时，为负光性垂直光轴的切面:为圆切面，半径＝No，双折射率等于零。
平行光轴的切面:为椭圆切面，其两个半径为No和Ne。
有最大的双折射率值，为∣Ne-No∣。
斜交光轴的切面：为椭圆切面，两个半径为No和Ne’。
双折射率为：∣Ne’-No∣，其大小介于零和最大之间。
第三章单偏光系统下晶体的光学性质1.单偏光下观察的内容包括三个方面：矿物的外表特征，如形态、解理等。
与矿物对透射光波吸收有关的光学性质，如颜色、多色性、吸收性等。
与矿物折射率有关的光学性质，如突起、糙面、边缘、贝克线、色散效应等。
2.解理夹角：只有同时垂直两组解理的切面上，才是两组解理的真正的夹角。
3.解理：解理是指矿物受力后，沿一定结晶方向裂开形成的光滑平面的性质。
4.解里夹角的测定：1．两组解理缝最细最清楚：当解理缝平行目镜十字纵丝时，微微升降镜筒，改变焦点平面，解理缝不左右对称，按此原则选择适当的切面，至于视域中心。
2．使一组解理缝平行目镜十字丝竖丝，在物台上读数为a。
3．旋转物台使另一组解理缝平行竖丝，在物台上读数为b，两次读数之差即为所测之夹角。
5.多色性与吸收性：由于光波在晶体中的振动方向不同，而使矿片颜色变化的现象称为多色性，颜色深浅变化的现象称为吸收性。
晶体光学基础理论
非常光：
振动方向在光波的传播方向及光轴所构成的平面 内，传播速度与折射率值随光波的方向改变而改 变，以符号e表示，折射率值用ne表示。
晶体光学基础理论
• 光率体
光率体是表示光波在晶体中传播时，光波 振动方向与相应折射率值之间关系的一种 光性指示体
将折射率值在光波的振动方向上以一定长度的线 段表示出来 围绕晶体中心的一点，在光波的振动方向上以n 值的大小为向量半径所作的封闭几何曲面。
振动面：偏振光的振动方向与传播方向构成的平面。
自然光
偏振光
晶体光学基础理论
• 光与固体物质的相互作用
一束光射到固体物质的表面，会产生光的 折射、反射和吸收的现象，其性能与光的 性能、入射方法及固体物质性质有关。 光从一种介质传播到另一种介质时，在两 种介质的分界面上，传播方向要发生改变， 产生反射或折射。 对于透明矿物的研究主要应用折射光，对 于不透明矿物的研究主要应用反射光。
双折射
均质体光率体
正、负光性光率体
二轴晶光率体
二轴晶正负光率体
二轴晶光率体的主要切面
二轴晶光率体的主要切面
二轴晶光率体的主要切面
晶体光学基础理论
• 光率体的应用
已知入射光方向，在垂直此方向作光率体 的切面中，可知光波在晶体中的振动方向， 相应的N及△N。
晶体光学基础理论
• 一轴晶正光性光率体的主要切面
晶体光学基础理论
• 一轴晶负光性光率体的主要切面
晶体光学基础理论
• 二轴晶光率体
低级晶族各晶系的晶体，有两根光轴。 形态：三轴椭球体 三个主要方向截面均为椭圆 （光学）主轴: 三个主要的光学方向 三个主折射率：Ng、Nm 、Np 三个主轴面: 包含两个主轴的切面（ Ng Np、 Ng Nm、Nm Np 相互垂直） 光轴: 沿光轴入射不发生双折射，非均质体 中的均质方向
晶体光学课件
晶体光学课件
方解石晶体，Ne＝1.486、No＝1.658，Ne＜No，光率 体的形态好象是沿C轴压扁了一些。
凡是Ne＜No的光率体，就称为一轴晶负光性光率体， 而且有此种特点的矿物就称为负光性矿物。
晶体光学课件
1.6.3 低级晶族
光率体
低级晶族所 有晶体的光率体 在形态和结构上 均有大、中、小 三个主折射率值， 用Ng、Nm、Np 表示。
二轴晶光 率体是一个三轴 椭球体。
晶体光学课件
镁橄榄石光率体的构成
晶体光学课件
光线沿两个特殊的
方向入射时，不发生双 折射，而呈均质性，此 方向就为光轴OA的方向。 低级晶族晶体共有两个 光轴方向，故称为二轴 晶。
第十二章 晶体光学基础
1 基本概念
1.1 光的本性 （一） 微粒说 （二） 波动说 （三） 电磁波说
1.2 光波 光的波动形式是一种正弦曲线运动。
1.3 光的干涉 两个或两个以上光波沿同一方向在同一平面内振动时， 发生互相迭加，这种迭晶体加光学作课用件 称为光的干涉。
1.4 光在均质体 和非均质体 中的传播
低级晶族晶体共有两个光轴方向，称为二轴晶。
光波射入一轴晶矿物，发生双折射分解形成两种偏光。 一种偏光，称为常光，以 “o”表示。另一种偏光称为非 常光，以 “e”来表示。晶体光学课件
注意：观察光线入射 冰州石后，光波振动 方向的改变情况。
原光波
入射 晶体
分解
速度不同，折射率 不等，振动方向垂 直的两条光线
当折射角r≧90时，光就全部向光密介质反射， 这种现 象称为全反射。折射角为90的入射角称为临界入射角。
《晶体光学》之二晶体光学基础
在光率体的另一侧， 通过Nm轴，同样可以截 出另一个圆切面 。光 波垂直这两个圆切面入 射时，不发生双折射， 基本不改变入射光波的 振动特点及振动方向， 因而这两个方向为光轴 (optic axis)，以符号 “0A”表示 。
《晶体光学》之二晶体光学基础
通过二轴晶光率体中心，只能截 出两个圆切面，即只有两个光轴方向， 故称二轴晶。包括两个光轴的面称光 轴面(optic axial plan)，以符号“Ap” 表示。光轴面与主轴面NgNp面一致。 通过光率体中心，垂直光轴面的方向 称光学法线(optic normal)，与Nm轴 一致。两个光轴之间的锐角称光轴角 (optic axial angle)，以符号“2V”表 示。两个光轴之间锐角的平分线称锐 角等分线(acute bisectrix)，以符号 “Bxa”表示。两个光轴之间钝角的平分 线称钝角等分线(obtuse bisectrix)， 以符号“Bxo”表示。
《晶体光学》之二晶体光学基础
二轴晶光率体中，三个互相垂直的轴 代表二轴晶矿物的三个主要光学方向，称 为光学主轴，简称主轴，即Ng轴、Nm轴和 Np轴。
包括两个主轴的面称主轴面(主切面)。 二轴晶光率体有三个互相垂直的主轴面， 即NgNp面、NgNm面和NmNp面。
《晶体光学》之二晶体光学基础
因为二轴晶光率 体是一个三轴不等的 椭球体，通过中等轴 Nm轴，在光率体一侧 的Ng轴与Np轴之间， 可以连续切一系列椭 圆切面 。这些切面的 半径之一始终是Nm轴， 另一半径的长短递变 于Ng轴与Np轴之间。 因系连续变化，在它 们之中，必定有一半 径等于Nm的圆切面。
《晶体光学》之二
晶体光学基础（二）
《晶体光学》之二晶体光学基础
晶体光学
（指NeNo，Ne’No或者NoNo）
宝石 N2
N1
三、 光 的 色 散 Dispersion
白光被分解成组成它 的光谱色（红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫 ）的现象称为色散。 通常用430.8nm的蓝光 和686.7nm的红光分别 测同一（宝石）的折 射率，二者之差值即 为该晶体的色散度。 宝石色散的清楚程度 取决于色散度和颜色 深浅。对无色宝石色 散增加了宝石的内在 美，如钻石的火彩。
（3）三斜晶系 对称特点： α≠β ≠ γ ≠90°
习题：
1、设某均质体矿物的折射率为1.50,试问在该矿物中光的传播 速度为多少？ 2、在空气中,波长为530nm的绿光射入晶体后,速度变慢,这是否 意味着该光的波长变短?如果变短,是否意味着光波的色调由 绿向蓝青紫变化?试回答并说明
3、石英是一轴晶正光性矿物，已知其△Nmax＝0.009，试问： 1)具有最大双折射率的切面是什么切面？ （指NeNo，Ne’No或者NoNo） 2)在该切面上测得其慢光的折射率为1.553，则快光的折射率是多少？ 3)在什么切面上测得的折射率只有一个？
负光性
No
二轴晶光率体
1、基本形态
对于低级晶族矿物，由于其a≠b≠c，相应地其三个结 晶轴方向都有所差别，在光学性质上，表现在具有三 个不同大小的折射率； 如镁橄榄石（斜方晶系）在X、Y、Z三个方向上的折 射率分别为1.715，1.651和1.680，根据其大小次序，分 别用Ng、Nm和Np（Ng>Nm>Ng）表示三个折射率， 称为主折射率。 三个主折射率的方向相互垂直，构成了低级晶族矿物折 射率的三个光学主轴，故其光率体为一个三轴椭球体。
合成碳硅石
橄榄石
§2 光率体
光率体 是表示光波在晶体中传播时,光波振动方向与 相应折射率值之间关系的光学立体图形。
第二讲晶体光学基础(二)
第三节
光 率 体
• 四. 一轴晶光率体
• （一）晶体特征
• 包括中级晶族的（四方晶系、三方晶系、六方 晶系）矿物（a=b≠c；α=β=γ=90⁰）。光波沿c 轴入射不发生双折射，故称一轴晶。 • （二）形态 • 一轴晶光率体为旋转椭球体。以Ne轴为旋转轴 No轴为水平轴。且Ne轴永远与c轴、光轴、高 次对称轴一致。
的斜交（ ） ⊥AP的斜交（+） 的斜交
任意斜交（ ） 任意斜交（+）
Ng Np Nm Nm
Ng`
Ng`
Nm
Np`
Ng Np Np Nm Nm Ng
Ng Ng` NmNp
Ng Ng` Np Np Nm
第一章 晶体光学基础
第六节
光性方位
指光率体在晶体中的位置，即光率体主轴（No,Ne轴或 指光率体在晶体中的位置，即光率体主轴（No,Ne轴或 Ng,Nm,Np轴 与结晶轴（a,b,c轴 之间的相互关系. Ng,Nm,Np轴）与结晶轴（a,b,c轴）之间的相互关系.
第一章 晶体光学基础
第五节
光 率 体
一.光率体的由来 晶体光学中的许多现象都与光波的振动方向与相 应折射率值有关, 为了更好地反映光波的振动方 向与相应折射率值之间的关系, 引入了物理学中 的光率体的概念. 二. 光率体的概念 表示光波在晶体中传播时, 表示光波在晶体中传播时 折射率值随光波振动 方向变化的一种立体几何图形或一种光性指示体. 方向变化的一种立体几何图形或一种光性指示体 作法: 作法: 是设想自晶体中心起，沿光波振动方向按 比例截取相应的折射率值 ，再把各个线段的端点 连接起来便构成了光率体.
第三节
光 率 体
(三).推导 三 推导
A.光波沿 C 轴方向射 入晶体,得到一个半 径为No的圆切面.
1-2 晶体光学基础理论课件
第2讲 晶体光学基础原理.下
二、晶体光率体（重要！）
光率体：表示光波在晶体中传播时，折射率值随光波振 动方向而变化规律的一种光性指示体。 （是光的振动方 向，不是传播方向！）
光率体不是实际的物体，而是抽 象的立体模型，用来解释晶体中 光学现象的简单直观的假想的指 示体
半径的长度表示N的大小 光率体示意图
光性非均质体
光学性质因方向而异的矿物，即除等轴晶系以 外的所有其它晶系的矿物
➢ 传播速度、折射率随光波的振动方 向而变。 ➢ 有一个或者两个光轴，一轴晶和二 轴晶(中、低级晶族) ➢ 除特殊方向外均要发生双折射，分 解成两个振动方向不同、传播速度不同、 折射率不等的两种偏光。
晶体光学基础理论（1）小结
等轴晶系：石榴石、萤石、尖晶石……
学
研 究 的 对 非均质体:
一轴晶:
(2个主折射率)
六方晶系：磷灰石、霞石…… 四方晶系：锆石、方柱石…… 三方晶系：石英、方解石……
象
光从非光轴方向入射， 二轴晶:
产生双折射，分解成振 动方向互相垂直的两束
(3个主折射率)
偏振光。
斜方晶系：橄榄石、紫苏辉石…… 单斜晶系：普通角闪石、透长石…… 三斜晶系：斜长石、硅灰石……
光的波动性 可见光、单色光与白光、自然光与偏光 光的折射与折射率 双折射和双折射率 光的全反射和全反射临界角 光性均质体与光性非均质体
光是一种电磁波 （横波）
微粒学说 波动学说 波粒二象性
电分量 H
E
H
E
H
E
H
磁分量
电磁波 :交变电磁状态的传播
1、光的波动性
电磁波是一种横波，因此光也是横波：振动方向 与传播方向相互垂直
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o
e
冰洲石
冰洲石下的绳子有两个像 双折射
玻璃下的绳子只有一个像 单折射 o e
冰洲石
当光线入射到矿物晶体之中时，一般都发生双 折射现象。即形成两束折射光。
一束为寻常光（ o 光），服从折射定律， 沿各方向传播的o光速度相同，即各方向的折 射率相同。 另一束为异常光（e 光），不服从折射定律， 沿各方向传播的光速度不同，即各方向的折射 率不同。
晶体光学及光性矿物学
Crystal Optics & Optical Mineralogy
（64学时）
任课教师：佘振兵 （地球科学学院） 联系方式： zbsher@ 67884734
教 材
晶体光学及光性矿物学，曾广策等编著，中国地质大学出版社，
2006，O734/Z1
参考书
No Ne’
Ne‘ 5 No
垂直OA切面 平行OA切面 斜交OA切面
正光性
负光性
3.二轴晶光率体 Biaxial indicatrix
(1)光率体形态：
三轴（半径）不等的椭球体，三 个椭圆半径分别为Ng、Nm、Np。 Ng > Nm > Np
Ng>Nm>Np Z
OA
X Y
OA
(2)光率体要素：
晶体光学:研究可见光通过透明矿物晶体时的一
些光学现象及其变化规律的学科。
研究目的：根据光学特征鉴定矿物种属、鉴定
宝石。
鉴定矿物种属有没有其它方法？ 彼此之间在原理上有哪些差异？
鉴定矿物的其他方法:
形态、力学性质（如解理、裂开）、密度、磁性
颜色（主要是吸收色）、粉末色（条痕色）、反光强
度、荧光效应等 化学成分。。。
1.均质体光率体
Isotropic indicatrix
N N
不同方向振动的光波N相等，
为一圆球体 只有一个折射率值N
N
N
任何切面都是圆切面 圆切面的半径＝N
为什么关注光率体切面？
2.一轴晶光率体
Uniaxial indicatrix
（1）特征
形态：旋转椭球体，旋转轴
与结晶轴c轴一致
晶体光学基础理论（1）小结
光的波动性：电磁波、横波 可见光（390-770nm）、单色光/白光、自然光/偏光
白光可以是自然光，也可以是偏光
自然光可以是白光，也可以是单色光
偏光可以是白光，也可以是单色光
光的折射：折射后发生了什么？V、F、 、传播方向？
光的全反射和全反射临界角
双折射：
101 .5
光轴 (optical axis, OA)：晶体
内特殊的方向，当光线沿该方
向入射时，不发生双折射。
78 .5
相关说明
（1）o 光与e 光均为偏振光，二者传播方向、传播速
度、折射率一般不同。 o 光、e 光折射率之差为双折率。
（2） 传播方向：o 光始终在入射面（晶面法线与入射线所决
有一个光轴（OA）
//Ne//C轴
No
（3）光性符号（Optic sign）的区分
Ne>No,正光性 如石英 Ne<No,负光性 如方解石
(4)主要切面及其意义
垂直OA切面：半径为No的
圆切面，可测定No的颜色和折
射率，轴性及光符
No No
平行OA切面：半径为Ne、No的椭圆，因含OA， 又称光轴面（Optic axial plane, OAP），可测Ne、No 的折射率和颜色，矿物的最大双折射率。
不发生双折射
思考：是否会发生折射？
光性非均质体
光学性质因方向而异的矿物，即除等轴晶系以 外的所有其它晶系的矿物
传播速度、折射率随光波的振动方 向而变。
有一个或者两个光轴，一轴晶和二
轴晶(中、低级晶族) 除特殊方向外均要发生双折射，分
解成两束振动方向不同、传播速度不同、
折射率不等的偏光。
光从非光轴方向入射， 产生双折射，分解成振 斜方晶系：橄榄石、紫苏辉石…… 动方向互相垂直的两束 二轴晶: 偏振光。 (3个主折射率) 单斜晶系：普通角闪石、透长石…… 三斜晶系：斜长石、硅灰石……
均质体:
思考题
1. 所有介质的折射率总是 > 1，
为什么？ 2. 垂直入射的光线如何折射？ 3. 为什么右图中玻璃杯中的铅笔 没有变成两根？
光透过多数矿物（哪些例外？），分解为2束（O、e） 折射率、波速、传播方向不同、偏振光 O光振动方向⊥主平面，e光振动方向∥主平面 双折率：abs(No－Ne)
主截面、主平面、入射面、主轴面
光的主平面：晶体中的光线与光轴所形成的平面 晶体主截面：由光轴和晶体表面的法线所组成的平面 入射面：晶面法线与入射线所决定的平面 主轴面（主切面）：包含2个主轴的切面
定的平面）内传播，且在介质中的传播速度不受振动方向的 影响；e 光一般不在入射面内，传播速度随振动方向变化。
晶面法线
晶面法线
o光：三线共面
e光：三线不共面
（3）振动方向： o 光振动方向与其主平面（光线和光轴
所决定的平面）垂直；e 光振动方向//其主平面。
o光主平面 e光主平面
o光 光轴
e光 光轴
晶体光学：强调可见光 光线在穿过透明矿物之后
产生的光学效应，借助光
学效应之间的差别来鉴别
矿物种属。
第1讲 晶体光学基础原理.上
一、光学基础知识
光的波动性
可见光、单色光与白光、自然光与偏光
光的折射与折射率
双折射和双折射率
光的全反射和全反射临界角 光性均质体与光性非均质体
1、光的波动性
每次课2学时
实验课安排（共23次课）
Practical Class
晶体光学部分 偏光显微镜的构造与使用，2课时 解理、多色性 ，2课时 突起等级、贝克线，4课时 消光、补色法则、干涉色级序，4课时 消光类型、消光角、延性，4课时 一轴晶干涉图、二轴晶干涉图，4课时 寻找定向切面、测一轴晶矿物多色性公式 ，4课时
Φ
Ni
Sinr = Sini/ N
若Sini=N,则r =90
*光波由光密介质进入光疏介质，当入射角增大 到某一临界角Φ时，会产生全反射，据此原理， 在已知Ni时，测出Φ值就能测出Nr.
5、双折射和双折射率
Double refraction & Birefringence
双折射现象的发现：冰洲石下的双像
1669年，丹麦科学家巴塞林那斯 (E.Bartholinus) 透过冰洲石看书，发现每个 字都变成了两个。
10年后，荷兰物理学家惠更斯(Christiaan Huygens) 给出了解释： 一束光进入冰洲石后分为两束（双折射） 其中一束遵从折射定律，称为常光（O 光）；另外一束不遵从折射定律，称为 非常光（e光） 冰洲石越厚，两束光分得越开。
主平面: 晶体内光线与光轴构成的平面
6、光性均质体与光性非均质体
光性均质体 Optical isotropic substance
光性非均质体 Optical anisotropic substance
光性均质体
指光学性质各个方向相同的物质，如玻璃质和 等轴晶系的矿物
传播速率不因振动方向的不同 而改变，任何方向振动的光波折 射率相同 自然光仍为自然光，偏振光仍 为偏振光
No Ne （+） （-）
Ne No
斜交OA切面：半径为Ne’、No的椭圆切面， 可测No的折射率和颜色，当斜交角较小时，可用 来确定光性符号
No Ne’
•椭圆的两半径方向决定两 偏光振动方向 •长短代表折射率
注意:一轴晶光率体所有切面上都有No。为什么？
连连看！
No 1 No 2 Ne Ne 4 No 3
实验课安排（共23次课）
光性矿物学部分
系统鉴定：普通角闪石，2课时 橄榄石及其蚀变矿物 ，2课时 辉石族矿物 ，4课时 云母族矿物 ，4课时 斜长石成分鉴定法，4课时 钾长石、石英 ，4课时 方解石、萤石 ，2课时
实验课分班：每班不超过30人
成绩评定方法
理论部分（晶体光学）：闭卷考试，占总分 50% 实践部分（光性矿物学）：平时实验课成绩， 占总分50%
第2讲 晶体光学基础原理.下
二、晶体光率体 (Optic indicatrix)（重要！）
光率体：表示光波在晶体中传播时，折射率值随光波振 动方向变化规律的一种光性指示体。（是光的振动方向，不
是传播方向，决定了晶体光学性质）
光率体不是实际的物体， 而是抽象模型，把矿物 晶体的光学性质简化为 一几何体 半径长度表示N的大小
Ne No
∥c轴入射光波,在⊥c轴的 平面内振动，折射率为No，不 发生双折射。故c轴∥ OA。
⊥c轴入射光波，分解为∥
和⊥c轴振动的两种偏光，折射
率为Ne，No。
(2)光率体要素： 有No和Ne两个主折射率，
或光率体椭球半径，介于之 间者为Ne’
OA
Ne
|Ne–No|为最大双折射率
1）由光疏进入光密物质，折向光法线；反之，偏离光法线。 2）N：折射介质对入射介质的相对折射率，若入射介质为真空，为绝 对折射率。 3）光在介质中的传播速度受微观结构（密度、质点类型、堆积的紧密 程度等）的控制，因此折射率是反映介质成分和微观结构的重要参数。
4、光的全反射和全反射临界角
Ni>Nr 据折射定律： N = Vi / Vr 密 疏 Nr Φ为全反射临界角 = Sini / Sinr = Nr / Ni