晶體光學(xué)及光性礦物學(xué)

1、晶體光學(xué)及光性礦晶體光學(xué)及光性礦物學(xué)物學(xué) 晶體光學(xué)概述晶體光學(xué)概述- 概念概念 目標(biāo)目標(biāo) 應(yīng)用應(yīng)用概念概念: 晶體光學(xué)是研究可見光通過(guò)透明礦物晶體所產(chǎn)生的光學(xué)現(xiàn)象（顏色、折射、雙折射、干涉等）及其規(guī)律的一門科學(xué)。目標(biāo)目標(biāo): : 掌握偏光顯微鏡下研究、鑒定透明礦物的基本原理和基本方法；掌握常見礦物的鑒定特征.應(yīng)用應(yīng)用: : 巖石學(xué)、礦物學(xué)巖石學(xué)、礦物學(xué)；玻璃、陶瓷、冶金、醫(yī)藥、化工等生產(chǎn)和科研部門為什么要學(xué)習(xí)晶體光學(xué)為什么要學(xué)習(xí)晶體光學(xué) ?晶體光學(xué)概述晶體光學(xué)概述- 課程安排課程安排第一章 晶體光學(xué)基礎(chǔ)（2）第二章 偏光顯微鏡（2）第三章 單偏光鏡下晶體的（4）第四章 正交偏光鏡間晶體的光學(xué)性質(zhì)

2、（4）第五章 錐光系統(tǒng)下一軸晶晶體的光學(xué)性質(zhì)（4）第五章 錐光系統(tǒng)下二軸晶晶體的光學(xué)性質(zhì)（3）第六章 透明礦物系統(tǒng)鑒定（1）第七章 常見透明礦物的系統(tǒng)鑒定（一） （4）第七章 常見透明礦物的系統(tǒng)鑒定（二） （4）第七章 常見透明礦物的系統(tǒng)鑒定（三） （4）課程總結(jié)與討論（2） 薄片考試：未知礦物系統(tǒng)鑒定 （2）晶體光學(xué)概述晶體光學(xué)概述- 參考書參考書1. 康維國(guó)康維國(guó), 梁萬(wàn)通梁萬(wàn)通, 劉亞琴劉亞琴, 晶體光學(xué)晶體光學(xué). 長(zhǎng)春長(zhǎng)春: 東北師范大東北師范大 學(xué)出版社學(xué)出版社,19932. 李德惠, 晶體光學(xué). 北京: 地質(zhì)出版社,19843. 北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系巖礦室, 光性礦物. 北京: 地質(zhì)出

3、版 社,19794. 孟慶麗孟慶麗,光性礦物學(xué)簡(jiǎn)明教程光性礦物學(xué)簡(jiǎn)明教程. 北京北京: 地質(zhì)出版社地質(zhì)出版社,19855. 長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心, 透明礦物薄片鑒定(二). 校內(nèi) 教材, 1975 第一章第一章 晶體光學(xué)基礎(chǔ)晶體光學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 光在晶體中的傳播光在晶體中的傳播第三節(jié)第三節(jié) 光率體光率體第四節(jié)第四節(jié) 光性方位光性方位晶體光學(xué)晶體光學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)一一. 光具有光具有“波粒波?！眱上嘈詢上嘈跃w光學(xué)主要利用的是光的波動(dòng)理論.第一章第一章 晶體光學(xué)基礎(chǔ)晶體光學(xué)基礎(chǔ)可見光是電磁波譜中頻率較高,波長(zhǎng)范圍較短(390770

4、nm)的一個(gè)區(qū)段,由波長(zhǎng)不同的七色光組成.二二. .可見光可見光( (光波光波) )10-11101031051071091012101510-5波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（n m）射線射線射線射線紫外線紫外線可見光可見光紅外線紅外線短無(wú)線電波短無(wú)線電波廣播波段廣播波段長(zhǎng)無(wú)線電波長(zhǎng)無(wú)線電波可可見見光光放放大大紅紅橙橙黃黃綠綠藍(lán)藍(lán)靛靛紫紫390（n m）430460500570590650770第一節(jié)第一節(jié) 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)自然光自然光: : 在垂直光波傳播方向的斷面內(nèi),光波作任意方向的振動(dòng)，且振幅相等.偏振光偏振光：在垂直光波傳播方向的斷面內(nèi),光波只在某一固定方向上振動(dòng)(只有一個(gè)振動(dòng)面).自然光轉(zhuǎn)化為

5、偏振光的過(guò)程稱偏振化偏振化. .四四. .自然光和偏振光自然光和偏振光三三. .光波是一種橫波光波是一種橫波 光的傳播方向與振動(dòng)方向互相垂直. 晶體中許多光學(xué)現(xiàn)象都與光波是橫波這一特征有關(guān).自然光的傳播和振動(dòng)方向關(guān)系示意圖自然光的傳播和振動(dòng)方向關(guān)系示意圖A.光的傳播方向垂直紙面光的傳播方向垂直紙面 B.側(cè)視圖側(cè)視圖,長(zhǎng)箭頭代表光傳播方向長(zhǎng)箭頭代表光傳播方向振動(dòng)面振動(dòng)面偏振光的傳播和振動(dòng)方向關(guān)系示意圖偏振光的傳播和振動(dòng)方向關(guān)系示意圖五五. .光的折射及折射定律光的折射及折射定律第一節(jié)第一節(jié) 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì) 光波的折射現(xiàn)象示意圖光波的折射現(xiàn)象示意圖第一節(jié)第一節(jié) 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)=

6、N 1- -2= = Sin ASin IVAVININA= =( N )N 1- -2 : 第二介質(zhì)對(duì)第一介質(zhì)的介質(zhì)的相對(duì)折射律.N : 介質(zhì)的(絕對(duì))折射律. 以N表示, N 1.注意注意: 介質(zhì)的折射律 N 是介質(zhì)微觀特征的宏觀反映,是物質(zhì)的固有屬性之一, 因此,礦物的折射律是鑒定礦物的重要光學(xué)常數(shù)之一. 五五. .光的折射及折射定律光的折射及折射定律當(dāng)光波從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí), 入射角 I 總是小于折射角 A , 當(dāng) A = 90 0時(shí)I = , 此時(shí)入射角 稱為全反射臨界角全反射臨界角.六六. 全反射臨界角與全反射全反射臨界角與全反射根據(jù)根據(jù)當(dāng)入射角 I 時(shí), 折射光波不再進(jìn)入

7、折射介質(zhì)而全部返回到入射介質(zhì), 這種能量的突變稱為全反射全反射.第一節(jié)第一節(jié) 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)Sin ISin A=N AN I可知可知OAABCedcbBCDESTVR iiaaa臨界角與全反射示意圖臨界角與全反射示意圖六六. . 全反射臨界角與全反射全反射臨界角與全反射玻璃塊玻璃塊N=2.00空氣空氣n=1 光性均質(zhì)體光性均質(zhì)體 光性非均質(zhì)體光性非均質(zhì)體第二節(jié)第二節(jié) 光在晶體中的傳播特性光在晶體中的傳播特性特點(diǎn)特點(diǎn): :光學(xué)性質(zhì)各方向相同（各向同性）.包括包括: :等軸晶系礦物和非晶質(zhì)物質(zhì).光波在均質(zhì)體中的傳播特點(diǎn)光波在均質(zhì)體中的傳播特點(diǎn): : 光波的傳播速度不因振動(dòng)方向振動(dòng)方向不

8、同而發(fā)生改變，即均質(zhì)體的折射率不因光波在晶體中的振動(dòng)方向振動(dòng)方向不同而發(fā)生改變. 即均質(zhì)體折射率值只有一個(gè)即均質(zhì)體折射率值只有一個(gè). .一一. .光性均質(zhì)體光性均質(zhì)體第一章第一章 晶體光學(xué)基礎(chǔ)晶體光學(xué)基礎(chǔ)光 波 在 均 質(zhì) 體 中 傳 播 示 意 圖光 波 在 均 質(zhì) 體 中 傳 播 示 意 圖A-A-自然光自然光B-B-偏光偏光特點(diǎn)特點(diǎn): :光性非均質(zhì)體的光學(xué)性質(zhì)因方向不同而改變. 包括包括:中級(jí)晶族(一軸晶)和低級(jí)晶族 (二軸晶)的礦物.光波在非均質(zhì)體介質(zhì)中的傳播特點(diǎn)光波在非均質(zhì)體介質(zhì)中的傳播特點(diǎn): 其傳播速度因光波在晶體中的振動(dòng)方向振動(dòng)方向不同而發(fā)生改變. 因而非均質(zhì)體的折射率也因光波在

9、晶體中的振動(dòng)方向振動(dòng)方向不同而改變. 即即非均質(zhì)體的折射率值有許多非均質(zhì)體的折射率值有許多個(gè)個(gè). . 光波進(jìn)入光波進(jìn)入光性光性非均質(zhì)體后的特點(diǎn)及有關(guān)術(shù)語(yǔ)非均質(zhì)體后的特點(diǎn)及有關(guān)術(shù)語(yǔ)(下頁(yè)下頁(yè))二二. 光性非均質(zhì)體光性非均質(zhì)體第二節(jié)第二節(jié) 光在晶體中的傳播特性光在晶體中的傳播特性光波射入非均質(zhì)體，除特殊方向外，都要分解為振動(dòng)方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩種偏光，此種現(xiàn)象稱為雙折射.雙折射是非均質(zhì)介質(zhì)的普遍特征雙折射是非均質(zhì)介質(zhì)的普遍特征.光通過(guò)非均質(zhì)體分解成二束偏光示意圖光通過(guò)非均質(zhì)體分解成二束偏光示意圖 雙折射雙折射第二節(jié)第二節(jié) 光在晶體中的傳播特性光在晶體中的傳播特性C兩種偏光折射

10、率值之差稱為雙折射率. 雙折射率雙折射率 光軸光軸光波沿非均質(zhì)體的特殊方向特殊方向入射時(shí),不發(fā)生雙折射,這種特殊的方向稱為光軸.中級(jí)晶族具有一個(gè)這樣的特殊方向,稱為一軸晶礦物一軸晶礦物; ;低級(jí)晶族具有兩個(gè)這樣的特殊方向,稱為二軸晶礦物二軸晶礦物. .第二節(jié)第二節(jié) 光在晶體中的傳播特性光在晶體中的傳播特性第三節(jié)第三節(jié) 光光 率率 體體晶體光學(xué)中的許多現(xiàn)象都與光波的振動(dòng)方向與相應(yīng)折射率值有關(guān), 為了更好地反映光波的振動(dòng)方向與相應(yīng)折射率值之間的關(guān)系, 引入了物理學(xué)中的光率體的概念.一一. .光率體的由來(lái)光率體的由來(lái)表示光波在晶體中傳播時(shí)表示光波在晶體中傳播時(shí), 折射率值隨光波振動(dòng)折射率值隨光波振動(dòng)

11、方向變化的一種立體幾何圖形或一種光性指示體方向變化的一種立體幾何圖形或一種光性指示體.作法作法: : 是設(shè)想自晶體中心起，沿光波振動(dòng)方向按比例截取相應(yīng)的折射率值 ，再把各個(gè)線段的端點(diǎn)連接起來(lái)便構(gòu)成了光率體.二二. 光率體的概念光率體的概念第一章第一章 晶體光學(xué)基礎(chǔ)晶體光學(xué)基礎(chǔ)三三. .均質(zhì)體光率體均質(zhì)體光率體傳播速度不因振動(dòng)方向不同而發(fā)生改變, 即折射率值各方向相等.光率體是一個(gè)球體，球體的半徑代表該晶體的折射率.第三節(jié)第三節(jié) 光光 率率 體體B.光波垂直 C 軸射入 晶體, 得到一個(gè)包含 Z軸且半徑分別為Ne 和No的橢圓切面.四四. . 一軸晶光率體一軸晶光率體(一一).推導(dǎo)推導(dǎo)A.光波沿

12、 C 軸方向射 入晶體,得到一個(gè)半 徑為No的圓切面. C.聯(lián)系上面兩個(gè)切面 特征可以得到一軸 晶光率體的構(gòu)成.第三節(jié)第三節(jié) 光光 率率 體體一軸晶光率體示意圖一軸晶光率體示意圖第三節(jié)第三節(jié) 光光 率率 體體(二二). 一軸晶光率體的主要特征一軸晶光率體的主要特征一軸晶光率體是一個(gè)以C軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體旋轉(zhuǎn)橢球體.直立軸(旋轉(zhuǎn)軸)永遠(yuǎn)是NeNe,水平軸永遠(yuǎn)是No. Ne和No代表一軸晶光率體最大與最小折射率值,稱為主主折射率折射率.其它方向的折射率大小介于Ne和No之間，以N N/ /e e表示。若若NeNe No, 稱為正光性稱為正光性 ; 若若NeNe No, 稱為負(fù)光性稱為負(fù)光性 .

13、 Ne與No的差值為一軸晶礦物的最大雙折射率最大雙折射率.第三節(jié)第三節(jié) 光光 率率 體體( (三三).).一軸晶光率體的主要切面類型一軸晶光率體的主要切面類型(1)(1)垂直光軸切面垂直光軸切面 (2)(2)平行光軸切面平行光軸切面 (3)(3)斜交光軸切面斜交光軸切面NeNo入射光方向入射光方向NoNoNoNeNoNo入射光方向入射光方向NoNeNoNoNoN/e入射光方向入射光方向N/eNeNoNo一 軸 晶 正 光 性 光 率 體 主 要 切 面 示 意 圖一 軸 晶 正 光 性 光 率 體 主 要 切 面 示 意 圖(1)(1)垂直光軸切面垂直光軸切面(2)(2)平行光軸切面平行光軸切

14、面(3)(3)斜交光軸切面斜交光軸切面第三節(jié)第三節(jié) 光光 率率 體體五五. . 二軸晶光率體二軸晶光率體(一一). 推導(dǎo)推導(dǎo)1.6511.715b=Npca=Ngc1.6801.651ac=Nmb=Npa1.6801.715ba=Ngc=NmbNg（a） Np （b） Nm（c） (1)(1)二軸晶光率體是一個(gè)三軸不等的橢球體二軸晶光率體是一個(gè)三軸不等的橢球體. .(2)(2) 三個(gè)光學(xué)主軸三個(gè)光學(xué)主軸 (Ng,Nm,Np軸).(3)(3) Ng,Nm,NpNg,Nm,Np(三個(gè)主折射率且 NgNmNp).(4)(4) 三個(gè)主軸面三個(gè)主軸面(彼此之間互相垂直).(5).(5).兩根光軸兩根光軸

15、(OA).(OA).(6)(6) 光軸面（光軸面（APAP）:包含兩根光軸的切面.同NgNp面.(7)(7) 光軸角光軸角(2V) :(2V) :兩根光軸所夾的銳角.(8)(8) 銳角等分線銳角等分線(Bxa)(Bxa):兩光軸所夾銳角的等分線.(9)(9) 鈍角等分線鈍角等分線(Bxo)(Bxo):兩光軸所夾鈍角的等分線.(10)(10) 光性正負(fù)光性正負(fù): : (+) Ng-Nm Nm-Np或 Bxa = Ng (-) Ng-Nm Nm-Np或 Bxo = Ng (二二). 主要特征及要素主要特征及要素五五. . 二軸晶光率體二軸晶光率體( (三三).).二軸晶光率體的主要切面類型二軸晶光

16、率體的主要切面類型( (1) 1) 垂直光軸切面垂直光軸切面 （ OAOA）(2) (2) 平行光軸面切面（平行光軸面切面（/AP/AP） (3) (3) 垂直垂直BxaBxa切面：（切面：（+ +）NmNpNmNp面面 （）NgNmNgNm面面 (4) (4) 垂直垂直BxoBxo切面：（切面：（+ +）NgNmNgNm面面 （）NmNpNmNp面面 (5) (5) 斜交切面：斜交切面：NgNpNgNp面面五五. . 二軸晶光率體二軸晶光率體 注意一定要掌握不同切面的特征注意一定要掌握不同切面的特征NmNmNgNpNmNmNgNpNgNgNg=BxaNp=BxaOANmNpNpOAOAOAO

17、AOAOAOANmNpNmNgOA切面切面AP切面切面Bxa（+）切面）切面Bxa（）切面）切面NmNmNmNmNgNpNmNmNgNpNgNgNgNgNgNgNpNpNpNmNmNpNpNgBxo（+）切面）切面Bxo（）切面）切面AP的斜交（的斜交（+）任意斜交（任意斜交（+）第四節(jié)第四節(jié) 光性方位光性方位指光率體在晶體中的位置，即光率體主軸（指光率體在晶體中的位置，即光率體主軸（No,NeNo,Ne軸或軸或Ng,Nm,NpNg,Nm,Np軸）與結(jié)晶軸（軸）與結(jié)晶軸（a,b,ca,b,c軸）之間的相互關(guān)系軸）之間的相互關(guān)系. .1.1.高級(jí)晶族高級(jí)晶族: : 可不考慮其光性方位問題可不考慮其光性方位問題. .2.2.中級(jí)晶族（一軸晶）中級(jí)晶族（一軸晶）: :結(jié)晶軸結(jié)晶軸C C軸與光軸軸與光軸NeNe軸一致軸一致. .3.3.低級(jí)晶族（二軸晶）低級(jí)晶族（二軸晶）: :（1 1）斜方晶系（三個(gè)主軸分別平行結(jié)晶軸）斜方晶系（三個(gè)主軸分別平行結(jié)晶軸）（2 2）單斜晶系（晶體的）單斜晶系（晶體的b b