第五章 锥光镜下的晶体光学性质

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第五章 锥光镜下的晶体光学性质
§1
锥光镜的装置及光学特点
在正交偏光镜(PP⊥AA)的基础上, 推上载物台之下的聚光镜并且升至最高位置, 换用高倍物镜,推入勃氏镜或去掉目镜,便 构成了锥光镜的装置。 聚光镜的作用是使透出下偏光镜的平 行偏光束变成锥形偏光束(图72)。锥形 偏光束是以不同方向射入矿片的。 在锥形偏光束中,除中央一条光波是 垂直射入矿片之外(图72),其余各光波 都是倾斜射入矿片,而且愈外倾斜角度愈大, 在矿片中所经历的距离愈外愈长。锥形偏光 束中的偏光,不管如何倾斜,其振动面仍与 下偏光镜振动面平行,即在薄片平面上的投 影方向总是与PP方向平行。
二、四象限内的干涉色级 序降低,表示此二象限内光率 体椭圆半径Ne’及No与试板为 异名半径平行,仍然证明 Ne’=Ng(即Ne’>No),属正 光性。负光性的干涉色升降情 况与此相反(图81B)。
注意试板上Ng与Np方向更换,或 者试板插入方向改变,恰与上述情况 相反。 当干涉图的黑十字四个象限内仅 见一级灰干涉色时,加入石膏试板 (图82/照片3)后,黑十字——1级 紫红;干涉色升高的两个象限,干涉 色由1级灰——2级蓝;干涉色降低的 两个象限内,干涉色由1级灰——1级 橙黄。 也可以使用云母试板,加入云母 试板后,黑十字——1级灰;干涉色 升高的两个象限内,干涉色由1级 灰——1级橙黄;干涉色降低的两个 象限内,干涉色由1级灰——黑色。
干涉色色圈以黑十字交点为中心,成 同心环状,其干涉色级序由中心向外逐渐 升高,干涉色色圈愈外愈密。
干涉色色圈的多少,取决于 矿物的双折率大小及薄片厚度。 矿物的双折率愈大,干涉色 色圈愈多(图75);
反之,双折率愈小,干涉色 色圈愈少,甚至在黑十字的四个 象限内仅出现一级灰干涉色(图 75B)。
双折率相同的矿片,厚度愈 大,干涉色色圈愈多;反之,薄 片愈薄,干涉色圈愈少(图 76.gif)。
代表非常光波的振动方向(Ne’ 方向);同心圆的切线方向, 代表常光的振动方向(No方 向)。
1、黑十字的成因
在⊥OA切片的波向图中,东 西、南北方向上的光率体椭圆半 径与上、下偏光镜振动方向AA、 PP平行或近于平行的那些部位 (图78B),在正交偏光镜间消 光或近于消光。因此,形成分别 与AA、PP平行的两个黑带,互 相垂直构成黑十字。 由于非常光振动方向呈放射 线,与AA、PP夹角相等的椭圆 半径方向(图78),其消光情况 应为相同,由图中可看出夹角相 等的椭圆半径方向是中部窄而边 部宽,因而黑带中部较窄而边缘 较宽。 如果双折率低时,这种现象不明 显。 如果偏光显微镜的上、下偏光镜 振动方向AA、PP位置不在东西、南北 方向上,则干涉图中的黑十字也不在 东西、南北方向,借此可以校正上、 下偏光镜的位置。
一般说来,放大倍率相同的高 倍物镜,其数值孔径愈大,干 涉图愈完整。
观察干涉图时,为什么必须去掉目镜 或推入勃氏镜?
因为锥光镜下所观察的干涉图,不是
矿片本身的形象,而是锥形偏光中各个不同 方向偏光同时通过矿片后,到达上偏光镜所 产生的消光与干涉效应总和。即观察的是干 涉图(光源象)。 干涉图的成像位置不在薄片平面上, 而是在物镜的后焦平面上(图74)。去掉目
二、斜交光轴切片的干涉图
(一)图像特点 在斜交光轴的切片中,光轴是倾 斜的;光轴在薄片平面上的出露点 (黑十字交点),不在视域中心。所 以干涉图是不完全的黑十字和不完整 的干涉色圈组成(图84及图85)。 当光轴方向与薄片法线的夹角不 大时,光轴出露点虽不在视域中心, 但仍在视域内(图84)。转动物台, 黑十字交点绕视域中心作圆周移动, 其黑带作上下、左右平行移动,干涉 色色圈随黑十字交点移动。
在干涉色级序升高的两个象限内,靠近黑十字交点原为一级灰 的位置,干涉色级序升高变为二级蓝,因而出现对称的两个蓝色小 团团,其他干涉色色圈基本不变; 在干涉色降低的两个象限内,靠近黑十字交点原为一级灰的位 置,干涉色级序降低变为一级橙黄,因而出现对称的两个黄色小团 团,第一个红色色圈变为黑色圈,其他干涉色色圈也基本不变。
非均质体矿物的光学性质因方向而异,垂直不同方向 的入射光的光率体切面不同,其长短半径在薄片平面上的方 位不完全相同,它们与上、下偏光镜振动面方向AA、PP之间 的关系不完全相同。 许多不同方向入射光波同时通过矿片后,到达上偏光 镜所发生的消光与干涉效应也各不相同。因此,锥光镜下观 察到的,应当是各个不同方向入射光通过矿片后所产生的消 光与干涉效应的总合。它们构成特殊的图形,称为干涉图。
当干涉图的干涉色色圈较多 时,加入云母试板后(图83):
原为一级黄的色圈_ 升高1级红,表现为红色 黑十字——1级灰白。在干涉 色圈向内移动占据原黄色 色级序升高的两个象限内,靠近 色圈位置;原为1级红的 黑十字交点,1级灰升高——1级黄, 色圈升高——2级蓝,表 因而靠近黑十字交点处,出现对 现为蓝色色圈向内移动占 称的两个黄色小团团; 据原红色色圈位置(图 83)。
或Ne半径方向);纬线的 切线方面,代表常光的振 动方向(No半径方向)。
Fra Baidu bibliotek
将球面投影结果,再转换 为正射投影到平面上,即可得 出一轴晶不同方向切片上光率 体椭圆半径分布方位图(波向 图)。
知道了⊥OA切片上光率体椭圆半径 的分布方位,根据消光与干涉原理,便 很容易理解干涉图的形成原因。
当矿片上光率体椭圆半径与上、下 偏光镜振动方向平行时,消光而构成黑 图78A为一轴垂直光轴切片 带;当光率体椭圆半径与上、下偏光镜 的波向图。其中心为光轴在薄 振动方向斜交时,发生干涉作用产生干 片平面上的出露点;围绕中心 涉色。 的同心圆与放射线的交点,代 表锥形光中各入射光波在薄片 平面上的出露点;半径方向,
锥形光中与光轴夹角相等的各入射光波,所形成的光程差相等, 相应的干涉色相同,因而构成以光轴出露点(黑十字交点)为中心的同 心环状干涉色色圈,而且干涉色级序愈外愈高。
垂直光轴切片的波向图
中,其光率体椭圆半径呈放
射状对称分布。 因此,无论如何转动矿 片,总是东西、南北方向的 光率体椭圆半径与AA、PP平
如果干涉色色圈多而密,加入云母试板后,干涉色色圈移动情 况看不清楚,可以使用石英楔或贝端克补色器。
随着石英的逐渐插入(或逐渐转动贝瑞克补色器)时,在干涉 色级序升高的两个象限内,干涉色色圈连续向内移动;在干涉色级 序降低的两个象限内,干涉色色圈连续向外移动。 干涉色色圈多的干涉图,也可以使用石膏试板。加入石膏试板 后(照片2.jpg),黑十字变为一级紫红;
转动物台360°,干涉图不发生变化。
(二)成因
在垂直光轴的薄片中,光轴方向垂直薄片平面。 锥形光的特点:中央一条光垂直薄片入射,其余各条光 线都是倾斜射入薄片(图72);愈外倾斜角度愈大。因此, 锥形光中只有中央一条光是平行光轴入射的,其余各光都是 斜交光轴入射;而且愈外斜交角度愈大。 光率体特征:垂直中央一条光波的光率体切面为圆切面, 垂直其余各个斜交光轴入射光波的光率体切面都是椭圆切面, 而且其长短半径的大小及在薄片平面上的分布方位各不相同, 它们与上、下偏光镜振动方向的关系也各不相同。因此,它 们在正交偏光镜间所发生的消光与干涉效应不同。
镜,能直接观察到镜筒内物镜后焦平面上的
干涉图实象,其图形虽小却很清晰。不去掉 目镜,则必须推入勃氏镜才能看到干涉图。
此外,锥光镜下观察时,还必须严格校正中心。如果 中心不准,转动物台时,所测矿片离开原来位置,将看不到 所测矿物的干涉图。 均质体矿物的光学性质各向同性,任何方向的入射光 都不发生双折射,在正交偏光镜间全消光,锥光镜下看不到 干涉图。 非均质体的光学性质则各向异性,在锥光镜下能形成 干涉图,其干涉图特点随矿物的轴性和切片方向而异。
用高倍物镜的目的在于能接纳 较大范围的倾斜入射光波(图73)。
低倍物镜的数值孔径小,工作 距离长,通常只能接纳与薄片法线 成5°夹角以内的光波,与平行薄 片法线的入射光波较接近(基本上 相当于平行光波),干涉图不完整 而且不清楚。 高倍物镜的数值孔径较大,工 作距离短,通常能接纳与薄片法线 成60°夹角以内的倾斜入射光,其 干涉图较完整而且较清晰。
行,其余的半径与AA、PP斜
交,因而黑十字与干涉色色 圈位置不发生变化。
(三)垂直光轴切片干涉图的应用
1、确定轴性及切片方向
“看图识字”——根据干涉图的形象特点,即可确定为 一轴晶垂直光轴的切片。一轴晶其他方向切片及二轴晶矿片 不具这种特征。 2、测定光性符号 一轴晶矿物的光性符号是根据主折射率值Ne与No的相对 大小确定的。 当Ne>No(即Ne=Ng)时为正;Ne<No (Ne=Np)时为负。
只要确定了Ne(或Ne’)与No的相对大小,就解决了一轴 晶矿物的光性正负问题。
具体方法
一轴晶垂直光轴切片的干涉图中,
放射线方向代表 Ne’的方向;同心 圆的切线方向代表No的方向(图
80)。
知道了Ne’和No在干涉图中的分 布方位之后,加入试板,观察干涉图 中黑十字四个象限内干涉色的升降变 化,根据补色法则即能确定Ne’与 No的相对大小。 如图81A插入试板,干涉图黑十 字的一、三象限内干涉色级序升高, 表示此二象限内光率体椭圆半径Ne’ 及No与试板是同名半径平行,证明 Ne’=Ng(即Ne’>No);
同理,每一个干涉色 色圈的级序都升高一个色 序,因而显示出这两个象 限内的整个干涉色色圈都 向内移动。
在干涉色级序降低的两 个象限内,靠近黑十字交点 原为一级灰的位置,干涉色 级序降低变为黑色,因而在 靠近黑十字交点处,出现对 称的两个黑色小团团;
原为1级黄的色圈,干 涉色色序降低为1级灰,表 现为灰色色圈向外移动占据 原黄色色圈位置; 原为1级红的色圈,干 涉色色序降低变为1级黄, 表现为黄色色圈向外移动占 据原红色色圈位置; 同理,每一个干涉色色 圈的级序都降低一个色序, 因而显示出这两个象限内的 整个干涉色色圈都向外移动 (图83)。
一轴晶光率体各种椭圆半 径在空间的分布方位,可用球 面投影方法作出。使圆球体球 心与一轴晶光率体中心重合 (图77)。 把垂直各入射光波的光率 体椭圆半径(Ne’与No’)投 影到球面上。即可得出各个椭 圆切面半径(常光与非常光振 经线的切线方向,代表非 动方向)在球面上的分布方位。 常光波的振动方向(Ne’ 球面上经线与纬线的交点 代表各入射光波的出露点。
干涉色色圈的成因
在黑十字的四个象限内,光率体椭圆半径方向与上、下偏光镜振 动方向AA、PP斜交;在正交偏光镜间发生干涉作用,如果光源为白光则 产生干涉色。 为什么干涉色成同心环状,而且干涉色级序愈外愈高?因为入射 光波是以光轴为中心的锥形光(图79.jpg)。
中央一条光波是平行光轴入射;不发生双折射,其双折率为零 (R=0),其余各光波斜交光轴入射,而且由中央向外,入射光波与光 轴的夹角愈来愈大,其双折率值逐渐增加。光波在薄片中经历的距离也 是愈外愈长。因此,光程差由中心向外逐渐增大(图79.jpg),相应的 干涉色级序也随之逐渐升高。
§2
一轴晶干涉图
一轴晶矿物的干涉图,因切片方向不 同而不同,主要有三种类型,即垂直光轴、 斜交光轴和平行光轴切片的干涉图。 一、垂直光轴切片的干涉图 (一)图象特点(图75)
一个黑十字与若干同心圆干涉色色圈 组成。黑十字为两个互相垂直的黑带(即 消光影)。两个黑带分别与上、下偏光镜 振动方向AA、PP平行,黑带中心部分往 往较窄,边缘部分较宽;黑十字交点位于 视域中心(即十字丝交点),为光轴出露 点。
垂直光轴切片在锥光镜下所显示的干涉图,就是锥形偏 光中各光波同时通过矿片后,到达上偏光镜所发生的消光与 干涉现象总和。黑十字代表消光部分(消光影);干涉色色 圈代表发生干涉作用的部分。 为了解干涉图的成因,我们引入一个波向图的概念。反 映垂直锥形光中各入射光波的光率体椭圆半径在矿片平面上 的分布方位图(即常光与非常光振动方向的分布方位),称 为波向图。 因为光率体椭圆切面半径方向代表光波垂直该切面入射 时,发生双折射分解形成两个偏光的振动方向。因而波向图 就是表示光波振动方向的图解。
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