1、光学显微分析

晶体的形状
晶体的解理
Most easily observed in PPL (upper polarizer out), but visible in XN as well • No cleavages: quartz石英, olivine橄榄石 • 1 good cleavage: micas云母 • 2 good cleavages: pyroxenes辉石, amphiboles闪石
黑云母的多色性
Biotite 黑云母
hbl
hbl
plag
plag -Plagioclase（斜长岩） is colorless -Hornblende（角闪石） is pleochroic
PPL
PPL
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晶体的突起等级
• Relief is a measure of the relative difference in n between a mineral grain and its surroundings • Relief is used to estimate n Garnet 石榴石 has high relief
R=(2n+1)λ/2时，sin(Rπ/λ)=1，视域最亮 R=nλ时， sin(Rπ/λ)=0，视域最暗
光程差计算公式
R=d(Ng-Np)
R：光程差；d：晶体厚度；Ng-Np：双折射率
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白光的干涉

色谱表
横坐标：光程差（nm) 纵坐标：薄片厚度(mm) 射线：双折射率
R=d(Ng-Np)
d 0.61 / n sin
放大倍数越高，数值孔径越大。 数值孔径越大，分辨率越高。
自然光和偏振光
——自然光：垂直于光的传播方向振动，在垂直于光的传 播方向的平面内的任意方向振动。
3. 光在晶体中的传播

光性均质体与非均质体
——光性均质体 (各向同性介质) 光波在均质体中传播时，其传播 速度不因振动方向而发生改变。

晶形：
晶体形态 自形程度
Only the component of light vibrating in E-W direction can pass through lower polarizer – light intensity decreases
自形晶、半自形晶、它形晶

轮廓、贝克线、糙面、突起
——偏振光：垂直于光的传播方向振动，且只在垂直于光 的传播方向的平面内的某一方向振动。
——光性非均质体(各向 异性介质) 光波在非均质体中传 播时，其传播速度随 振动方向不同而发生 变化。 一轴晶和二轴晶。
双折射现象
例如：白纸上涂一个黑点，将方解石放在 纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石， 一个黑点不动，另一个黑点旋转。 这种一束自然光穿过各向异性的晶 体（如方解石晶体）时分成两束偏振 光的现象称为双折射现象。
XPL
feldspar feldspar biotite
双晶现象
Presence and style of twinning can be diagnostic
Twins are usually most obvious in XPL
biotite
PPL : lower view rotated to show pleochroism
quartz calcite calcite
PPL
XPL
PPL
XPL
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偏光显微镜中的橄榄石
looks like a stained-glass window; bright interference colours and thick black fractures
偏光显微镜中的白云母
晶体的解理
2 cleavages intersecting at ~90° pyroxene辉石
120°
2 cleavages intersecting at 60°/120°: amphibole闪石
闪石 黑云母
60°
晶体的颜色及多色性
• • • • Color is observed only in plane polarized light Not an inherent property - changes with light type/intensity Results from selective absorption of certain of light Pleochroism results when different are absorbed differently by different crystallographic directions rotate stage to observe
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单偏光下的晶体光学性质
west (left)
(1) 单偏光镜下晶体光学性质

单偏光镜组成（使用下偏光镜） 单偏光镜下晶体光学性质
晶体形态、大小、含量、颜色、多色性、解理、 轮廓、糙面、贝克线、突起、闪突起等
Unpolarized light east (right)
Plane polarized light “PPL”
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物镜的分辨率
光孔角
物镜标识
The parameters of
数值孔径
the microscope
放大倍数、数值孔径 机械筒长、盖玻璃厚度 10× / 0.25 160 / 0.17
N.A=nsinθ
物镜分辨率 d 0.61 / N . A
labeled in the objective lens:
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。它可以分成 不同的级序。 第一级序：暗灰—灰白—浅黄—亮黄—橙—紫红 第二级序：蓝—蓝绿—绿—黄—橙—紫红 第三级序：蓝绿—绿—黄—橙—红 第四级序：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。
R=d(Ng-Np)
PPL
XPL
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微斜长石的格子双晶
grain in centre showing its distinctive cross-hatched twinning
(3) 锥光镜下晶体光学性质


microcline
microcline
解理
极完全解理、完全解理、不完全解理等。

颜色和多色性
多色性 多色性公式 Ng=深绿色，Nm=绿色，Np=浅黄绿色（普通角闪石） 吸收性
拉长石的解理 黑云母的解理
轮廓与贝克线
糙面
轮廓、糙面与突起
晶体的贝克线及其折射率估测
提升镜筒，贝克线移向折射率大的方向
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晶体的形状
Acicular 针状 Irregular 无规则 bladed 叶片状 Blocky 块状 Elongate 长条状 Euhedral 自形性 Fibrous 纤维状 Prismatic 棱片状 Rounded 圆形 Tabular 片状 Acicular 针状 Irregular 无规则 bladed 叶片状 Blocky 块状 Elongate 长条状 Euhedral 自形性 Fibrous 纤维状 Prismatic 棱片状 Tabular 板状
• Simple twin on {100} •简单双晶
斜长岩聚片双晶
with repeated twinning
plagioclase
Plagioclase
• 聚片双晶
斜长岩
plagioclase
• Polysynthetic albite twins on (010) • Pericline twin on (h01)
正延性 负延性
砂岩中的石英颗粒
偏光显微镜中的方解石
may show both high and low relief, transparent under PPL with 2 perfect cleavages at 120o. Under XPL it shows pearly shades
quartz quartz quartz
全消光、四次消光
正交偏光镜组成 （使用上、下偏光镜）
下偏光 上偏光

干涉现象
光的干涉条件：两束光振动频率相同，均同一平面内振动，且存在光 程差。

单色光的干涉
2 A OB sin 2 2 sin 2(R / ) 2
PP：下偏光方向 AA：上偏光方向 α：光率体主轴与下偏光交角 K1、K2：透过晶体后的偏振光 K1’、K2‘：透过上偏光镜的光
olivine
olivine
PPL
muscovite Plagioclase 斜长岩 muscovite plagioclase
XPL
Colours clear under PPL but with perfect cleavage
PPL XPL PPL
解理
and bright interference

正交偏光镜下晶体光学性质
消光现象、干涉色、光率体轴名、双折射率、消光类型、延性符号、 双晶
wenku.baidu.com
正交偏光下晶体的干涉色
Observe thin section and minerals in plane light (PP) (polars uncrossed)
平行消光
斜消光
对称消光


Observe interference color of minerals in cross-polars (XP) The brightness of interference color changes four times when rotating the stage 360 degree!

分辨率极限
对仪器可分辨的最临近两个物 点间的距离或角度成为该仪器 的分辨率极限。
——选择更短的波长； ——采用折射率很高的材料； ——增大显微镜的孔径角。
• 无法突破λ/2分辨率 极限。
偏光显微镜

偏光显微镜
镜臂、镜筒、镜座、 反光镜、下偏光镜、 锁光圈、聚光镜、载物台、 物镜、目镜、 上偏光镜、勃氏镜、 粗调螺丝、细调螺丝、 附件等

二轴晶光率体
低级晶族(斜方、单斜、三斜晶系) a≠b≠c，α=β=γ=90°（斜方晶系） 三轴椭球体 Ng>Nm>Np

二轴晶光率体的构成

正二轴晶和负二轴晶
正光性：Bxa=Ng，Bxo=Np 负光性：Bxa=Np，Bxo=Ng
主轴Ng、Nm、Np 主轴面 NgNp、 NgNm、NmNp 光轴OA（两根） 光轴面Ap（NgNp) Bxa（锐角等分线） Bxo（钝角等分线）
偏光显微镜是研究材料晶相显微结构最有效的工具之一。
随着科学技术的发展，偏光显微镜技术在不断地改进中，镜下的鉴定 工作逐步由定性分析发展到定量鉴定，为显微镜在各个科学领域中的 应用开辟了广阔的前景。 放大倍数：~1000X 分辨率： > 200nm 功能： 形貌观察、 晶相鉴定、 定量分析
放大倍数、数值孔径 机械筒长、盖玻璃厚度 10× / 0.25 160 / 0.17
XPL
biotite
偏光显微镜中的黑云母
pleochroic with one perfect cleavage; strong natural colour masks polarisation colours making look greenish under XPL
PPL
正交偏光下的双晶
Clinopyroxene 斜辉石
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4. 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。

均质体光率体
等轴晶、非晶质体 a=b=c，α=β=γ=90°（等轴晶系）

一轴晶光率体
中级晶族（三方、四方、六方晶系） a=b≠c，α=β=γ=90°（四方晶系） 正一轴晶和负一轴晶
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现代光学显微镜 光学显微分析技术的应用与发展
生物显微镜 偏光显微镜 金相显微镜 荧光显微镜
同济大学材料科学与工程学院 林 健
近场光学显微镜 相差显微镜 体视显微镜 热台显微镜
干涉显微镜
光学显微镜的分辨率极限


衍射光斑的分辨 瑞利判据
显微分析分辨率
仪器分辨两个物点的本领。
• 提高分辨率的传统途径：
玻璃中的晶体缺陷
针状、 棒状鳞石英
雪花状 鳞石英
管柱状 鳞石英
Quartz 石英 has low relief PPL garnet: quartz: epoxy: n = 1.72-1.89 n = 1.54-1.55 n = 1.54
鳞石英的 矛头双晶
(2) 正交偏光镜下晶体光学性质


消光现象