第一章第一章 偏光显微镜分析偏光显微镜分析一、晶体光学基础1、光的基本性质光的波粒二象性光的波粒二象性横波横波与纵波与纵波波动学说解释晶体光学波动学说解释晶体光学 纵波横波 电磁波谱 可见光： 3900-7700埃电磁波谱2. 自然光和偏振光自然光：自然光：自然光：自然光：自然界普通光源自然界普通光源自然界普通光源自然界普通光源发发出的光，如太阳光和灯光出的光，如太阳光和灯光出的光，如太阳光和灯光出的光，如太阳光和灯光等，特点：等，特点：等，特点：等，特点：在垂直光波在垂直光波在垂直光波在垂直光波传传播方向的平面内，各方向都有光播方向的平面内，各方向都有光播方向的平面内，各方向都有光播方向的平面内，各方向都有光波的振波的振波的振波的振动动且振幅相等且振幅相等且振幅相等且振幅相等。偏振光：偏振光：偏振光：偏振光：自然光自然光自然光自然光经经反射，折射，双折射或反射，折射，双折射或反射，折射，双折射或反射，折射，双折射或选择选择吸收等吸收等吸收等吸收等作用后，可作用后，可作用后，可作用后，可转变为转变为只在一个固定方向上振只在一个固定方向上振只在一个固定方向上振只在一个固定方向上振动动的光波的光波的光波的光波，偏振，偏振，偏振，偏振光振光振光振光振动动方向与方向与方向与方向与传传播方向构成的平面称播方向构成的平面称播方向构成的平面称播方向构成的平面称振振振振动动面面面面。3. 3. 光的折射光的折射 光的折射定律光的折射定律 光的折射特点：光的折射特点： （1）介质中光传播的速度愈大，则该介质的折射率愈小；）介质中光传播的速度愈大，则该介质的折射率愈小； （Vi/Vr=Nr/Ni）。）。 （2）光在真空中的传播速度最大，）光在真空中的传播速度最大，n=1 （3）同一介质的折射率因所用光波波长而异（折射率色散）同一介质的折射率因所用光波波长而异（折射率色散） 对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。 折射率折射率N介质介质=V真空真空/V介质介质N：岛状（橄、榴）：岛状（橄、榴）单链（辉）单链（辉）双链（角）双链（角）层（云）层（云）架（石、长）架（石、长）概念：概念：概念：概念：光学性光学性光学性光学性质质上各方向都相同的物上各方向都相同的物上各方向都相同的物上各方向都相同的物体，包括等体，包括等体，包括等体，包括等轴轴晶系的晶体和非晶晶系的晶体和非晶晶系的晶体和非晶晶系的晶体和非晶质质体。体。体。体。光光光光传传播特点：播特点：播特点：播特点：光通光通光通光通过过均均均均质质体物体物体物体物质时质时，性性性性质质不不不不变变，振，振，振，振动动方向与方向与方向与方向与传传播播播播传传播方播方播方播方向不向不向不向不变变，即自然光仍，即自然光仍，即自然光仍，即自然光仍为为自然光，偏自然光，偏自然光，偏自然光，偏光仍光仍光仍光仍为为偏光。偏光。偏光。偏光。均均均均质质体折射率只有一个。体折射率只有一个。体折射率只有一个。体折射率只有一个。4. 4. 光在晶体中的传播光在晶体中的传播固体固体非晶质体非晶质体（均质体）（均质体）晶体晶体均质体均质体非均质体非均质体光性均质体与光性非均质体：光性均质体与光性非均质体：光性均质体与光性非均质体：光性均质体与光性非均质体：光性均质体：光性均质体：光性均质体：光性均质体：光性非均质体：光性非均质体：光性非均质体：光性非均质体：概念：概念：概念：概念：光学性光学性光学性光学性质质随方向而改随方向而改随方向而改随方向而改变变物体，包括中物体，包括中物体，包括中物体，包括中级级晶族和低晶族和低晶族和低晶族和低级级晶族晶族晶族晶族矿矿物。物。物。物。光光光光传传播特点：播特点：播特点：播特点：光通光通光通光通过过非均非均非均非均质质体体体体物物物物质时质时，除，除，除，除特殊方向外特殊方向外特殊方向外特殊方向外，要，要，要，要发发生双折射生双折射生双折射生双折射现现象，即分解象，即分解象，即分解象，即分解为为振振振振动动方向相互垂直，方向相互垂直，方向相互垂直，方向相互垂直，传传播速播速播速播速度不同，折射率不等的两种度不同，折射率不等的两种度不同，折射率不等的两种度不同，折射率不等的两种偏光，两种偏光的折射率差偏光，两种偏光的折射率差偏光，两种偏光的折射率差偏光，两种偏光的折射率差称称称称为为双折射率。双折射率。双折射率。双折射率。非均非均非均非均质质体折射率不只有一个。体折射率不只有一个。体折射率不只有一个。体折射率不只有一个。5. 5. 光率体光率体 光率体光率体光率体光率体是表示光波在晶体中传播时，是表示光波在晶体中传播时，是表示光波在晶体中传播时，是表示光波在晶体中传播时，折射率折射率折射率折射率随光波振动随光波振动随光波振动随光波振动方向变化的一种立体几何图形。方向变化的一种立体几何图形。方向变化的一种立体几何图形。方向变化的一种立体几何图形。是晶体光学研究中抽象出是晶体光学研究中抽象出是晶体光学研究中抽象出是晶体光学研究中抽象出的一个立体概念，实际晶体中并不存在。的一个立体概念，实际晶体中并不存在。的一个立体概念，实际晶体中并不存在。的一个立体概念，实际晶体中并不存在。做法：做法：设想自晶体的设想自晶体的中心起，沿光波的各中心起，沿光波的各个振动方向，按比例个振动方向，按比例截取相应的折射率值，截取相应的折射率值，再把各个线段的终点再把各个线段的终点联系起来，构成了光联系起来，构成了光率体。率体。晶体在不同方向上的晶体在不同方向上的折射率可用晶体折射折射率可用晶体折射仪来测出。仪来测出。1） 均质体光率体特征均质体光率体特征为高级晶族等轴晶系矿物及非晶质物质。为高级晶族等轴晶系矿物及非晶质物质。光率体特征：光率体特征：为一圆球体，为一圆球体，即各个方向上折即各个方向上折射率都是相等的。射率都是相等的。中级晶族中级晶族中级晶族中级晶族（三方三方三方三方、四方四方四方四方、六方六方六方六方晶系）晶系）晶系）晶系） 2）一轴晶光率体特征一轴晶光率体特征光率体特征：光率体特征：是以是以C轴（光轴）为旋轴（光轴）为旋转轴的椭球体，只有一条光转轴的椭球体，只有一条光轴，故称一轴晶。轴，故称一轴晶。有最大，最小两个主有最大，最小两个主折射率，分别为折射率，分别为No和和Ne，No垂直垂直C轴振动，数值不变，轴振动，数值不变，也叫常光；也叫常光；Ne平行平行C轴振动，轴振动，也叫非常光。也叫非常光。正光性：正光性：当当NeNoNeNo时，光率体呈时，光率体呈时，光率体呈时，光率体呈C C轴拉轴拉轴拉轴拉长的椭球体，如石英。长的椭球体，如石英。长的椭球体，如石英。长的椭球体，如石英。负光性：负光性：负光性：负光性：当当当当NeNeNoNo时，光率体为沿时，光率体为沿时，光率体为沿时，光率体为沿C C轴压扁的椭球体，如方解石。轴压扁的椭球体，如方解石。轴压扁的椭球体，如方解石。轴压扁的椭球体，如方解石。光性符号光性符号光性符号光性符号是非均质矿物的重是非均质矿物的重是非均质矿物的重是非均质矿物的重要光学特征，是矿物鉴定的要光学特征，是矿物鉴定的要光学特征，是矿物鉴定的要光学特征，是矿物鉴定的重要常数。重要常数。重要常数。重要常数。一轴晶正、负光性：一轴晶正、负光性：一轴晶光率体主要切面：一轴晶光率体主要切面：A、垂直光轴（、垂直光轴（OA）切面）切面为圆切面，半径为为圆切面，半径为No。当光线沿当光线沿C轴入射时，不发生轴入射时，不发生双折射现象，也不改变振动方双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。向，该切面显均质性。一轴晶只有一个这样的切面。一轴晶只有一个这样的切面。B、平行（平行（平行（平行（OAOA）光轴切面）光轴切面）光轴切面）光轴切面为椭圆切面，长、短半径分别为椭圆切面，长、短半径分别为为NeNe和和和和NoNo。当光线垂直该切面通过时，发当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。长、短半径。双折射率双折射率= =NeNe-No-No，最大。最大。，C、斜交光轴切面斜交光轴切面斜交光轴切面斜交光轴切面仍为椭圆切面，但长、短半径仍为椭圆切面，但长、短半径分别为分别为NeNe 和和和和NoNo。当光线垂直该切面通过时，发当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其振生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。长、短半径。双折射率双折射率= =NeNe-No-No，小于最大小于最大双折射率。双折射率。低级晶族低级晶族低级晶族低级晶族（斜方斜方斜方斜方、单斜单斜单斜单斜、三斜三斜三斜三斜晶系）晶系）晶系）晶系） a a b b c c， = = = = =90=90 （斜方晶系）（斜方晶系）3）二轴晶光率体特征二轴晶光率体特征光率体特征：光率体特征：为为三轴不等的椭球体三轴不等的椭球体，三个结晶主轴三个结晶主轴X、Y、Z构成构成直角坐标系。直角坐标系。光率体的三个主折射率为光率体的三个主折射率为光率体的三个主折射率为光率体的三个主折射率为NgNg、NmNm、NpNp三轴椭球体三轴椭球体三轴椭球体三轴椭球体 NgNmNgNmNpNp二轴晶光率体的构成二轴晶光率体的构成：主轴： Ng、Nm、Np 主轴面： NgNp、 NgNm、NmNp 光轴： OA：（两根） 二轴晶光率体主要切面：二轴晶光率体主要切面：A、垂直光轴（、垂直光轴（OA）切面）切面为圆切面，半径为为圆切面，半径为Nm，不发生双折射现象，也不改变不发生双折射现象，也不改变振动方向，该切面显均质性。振动方向，该切面显均质性。二轴晶有两个这样的切面。二轴晶有两个这样的切面。B、平行（平行（平行（平行（OAOA）光轴切面）光轴切面）光轴切面）光轴切面为椭圆切面，长、短半径为椭圆切面，长、短半径分别为分别为N Ng g和和和和N Np p。当光线垂直该切面通过时，当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。的长、短半径。双折射率双折射率=N=Ng g- -N Np p，最大。最大。二轴晶只有一个这样的切面二轴晶只有一个这样的切面。，C、斜交光轴切面斜交光轴切面斜交光轴切面斜交光轴切面仍为椭圆切面，但长、短仍为椭圆切面，但长、短半径分别为半径分别为NgNg和和和和NpNp 。当光线垂直该切面通过时，当光线垂直该切面通过时，发生双折射形成两种偏光，其发生双折射形成两种偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。的长、短半径。双折射率双折射率=Ng-=Ng-NpNp 小小于最大双折射率。于最大双折射率。6.光在非均质体中的传播光在非均质体中的传播 自然光在光率体椭圆切面中的传播自然光在光率体椭圆切面中的传播自然光在光率体椭圆切面中的传播自然光在光率体椭圆切面中的传播 偏振光在光率体椭圆切面中的传播偏振光在光率体椭圆切面中的传播偏振光在光率体椭圆切面中的传播偏振光在光率体椭圆切面中的传播思考题1.1.在折射率仪中测得金红石（四方晶系）在折射率仪中测得金红石（四方晶系）C C轴方轴方向折射率为向折射率为2.6162.616，垂直，垂直C C轴方向为轴方向为2.8322.832；现；现于平行（于平行（100100）晶面取一薄片，试绘出其光率）晶面取一薄片，试绘出其光率体切面，并写出最大双折射率及其光性正负。体切面，并写出最大双折射率及其光性正负。2.2.等轴晶系、中级晶族矿物光率体切面类型有哪等轴晶系、中级晶族矿物光率体切面类型有哪些？说明每种光率体切面类型的特征。些？说明每种光率体切面类型的特征。3.3.绘出一轴晶正、负光性光率体的主要切面，并绘出一轴晶正、负光性光率体的主要切面，并标出每个切面的半径名称。标出每个切面的半径名称。