晶體光學(xué)復(fù)習(xí)資料(重點(diǎn)知識(shí))

自然光和偏光自然光：是指直接由光源發(fā)出的光，如太陽(yáng)光、燈光等，自然光的光波振動(dòng)方向在垂直于光波傳播方向的平面內(nèi)，作任何方向等振幅的振動(dòng)偏光：自然光經(jīng)過(guò)反射、折射、雙折射或選擇性吸收等作用后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹辉谝粋€(gè)方向上振動(dòng)的光波，稱為偏振光或偏光根據(jù)自然界物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)不同，將其分為光性均質(zhì)體與光性非均質(zhì)體兩大類。高級(jí)晶族礦物中級(jí)晶族礦物光性均質(zhì)體光性非均質(zhì)體非晶質(zhì)體低級(jí)晶軸礦物光性均質(zhì)體，又稱為均質(zhì)體。具各向同性的介質(zhì)、其光學(xué)性質(zhì)不隨方向發(fā)生變化光波在均質(zhì)體中傳播有以下兩個(gè)特征：1.只有一個(gè)折射率光波射入均質(zhì)體時(shí)，其傳播速度各個(gè)方向都相等，所以只有一個(gè)折射率。2.不改變?nèi)肷涔獾恼駝?dòng)方向自然光入射均質(zhì)體后仍然是自然光，偏光入射均質(zhì)體后仍為偏光。一切具有雙折射特征的介質(zhì)稱為光性非均質(zhì)體，又稱非均質(zhì)體。非均質(zhì)體是各向異性的介質(zhì)，其光學(xué)性質(zhì)隨方向不同而變化光波在非均質(zhì)體中傳播具有以下幾個(gè)特征：1.不只一個(gè)主折射率光波在非均質(zhì)體中傳播時(shí)，其傳播速度隨振動(dòng)方向而發(fā)生變化，因而其相應(yīng)折射率也隨振動(dòng)方向不同而改變。2.偏光化和雙折射現(xiàn)象當(dāng)光波射入非均質(zhì)體后，除特殊方向以外一般都將分解成振動(dòng)方向互相垂直的兩種偏光，這就是偏光化。兩種不同方向偏光的速度不等，導(dǎo)致折射率不等，引起了雙折射現(xiàn)象。兩種偏光折射率的差值稱為雙折射率，簡(jiǎn)稱折射率。3.一個(gè)或兩個(gè)特殊方向——光軸光波沿非均質(zhì)體的特殊方向射入時(shí)不發(fā)生雙折射，也不改變?nèi)肷涔獾恼駝?dòng)方向，這種特殊方向稱為光軸(“OA”)。中級(jí)晶簇晶體只有一個(gè)光軸，稱為一軸晶；(與C軸重合)低級(jí)晶簇晶體有兩個(gè)光軸，稱為二軸晶。3.一個(gè)或兩個(gè)特殊方向——光軸光波沿非均質(zhì)體的特殊方向射入時(shí)不發(fā)生雙折射，也不改變?nèi)肷涔獾恼駝?dòng)方向，這種特殊方向稱為光軸(“OA”)。中級(jí)晶簇晶體只有一個(gè)光軸，稱為一軸晶；(與C軸重合)低級(jí)晶簇晶體有兩個(gè)光軸，稱為二軸晶。光率體是表示光波在晶體中傳播時(shí)，光波的振動(dòng)方向與相應(yīng)折射率值之間關(guān)系的一種光性指示體。(一)均質(zhì)體光率體包括等軸晶系礦物及非晶質(zhì)礦物光波在均質(zhì)體中傳播時(shí)，向任何方向振動(dòng)，其傳播速度不變，折射率值相等，不發(fā)生雙折射，因此，均質(zhì)體光率體是一個(gè)圓球體。(二)非均質(zhì)光率體包括一軸晶光率體和二軸晶光率體(1)一軸晶光率體一軸晶礦物是指中級(jí)晶族，因?yàn)檫@類礦物只有一個(gè)光軸，即光波只有一個(gè)沿C軸入射的特殊方向不發(fā)生雙折射，故稱為一軸晶。1.形狀旋轉(zhuǎn)橢球體，是以Ne軸(∥C軸)為旋轉(zhuǎn)軸和No軸(⊥C軸)為半徑組成的旋轉(zhuǎn)橢球體。2.結(jié)構(gòu)要素兩個(gè)主軸：兩個(gè)互相垂直的軸，代表一軸晶兩個(gè)主要光學(xué)方向，又稱光學(xué)主軸，即Ne軸和No軸；它的長(zhǎng)短代表主折射率大小。在不同的一軸晶光率體中，Ne和No值大小是不一樣的，稱為主折射率值，也可稱光學(xué)主軸。3.一軸晶光率體的光性符號(hào)一軸晶光率體是一個(gè)以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體。光性符號(hào)：Ne>No為一軸正晶或正光性、正光符，如石英Ne<No為一軸負(fù)晶或負(fù)光性、負(fù)光符，如方解石(2)二軸晶光率體是指低級(jí)晶族礦物。均具有二個(gè)光軸，故稱二軸晶。二軸晶光率體的特征：1.形狀三軸不等橢球體2.結(jié)構(gòu)要素1)三個(gè)主軸：三個(gè)互相⊥的光率體軸代表二軸晶礦物的三個(gè)主要光學(xué)方向，稱為光學(xué)主軸，簡(jiǎn)稱主軸(Ng、Nm、Np)2)三個(gè)主軸面：包含任意兩個(gè)主軸的切面稱主軸面(切面)，二軸晶光率體有三個(gè)互相垂直的主軸面。①NgNp；②NmNp；③NgNm3)二個(gè)光軸(OA)及兩個(gè)圓切面：通過(guò)Nm軸在光率體的一側(cè)(Ng與Np之間)可以連續(xù)作一系列橢圓切面，在它們中間總可以找到一個(gè)半徑相當(dāng)于Nm的圓切面。另一側(cè)也有一個(gè)圓切面，光波垂直這兩個(gè)圓切面入射時(shí)，不發(fā)生雙折射的特殊方向稱之為光軸。因?yàn)橛袃蓚€(gè)圓切面故有兩個(gè)光軸，稱二軸晶。4)光學(xué)法線：通過(guò)光率體中心而垂直光軸面的方向稱光學(xué)法線，光學(xué)法線與主軸Nm軸一致。光軸面法線方向永遠(yuǎn)是Nm。5)光軸角：兩個(gè)光軸之間所夾的銳角稱光軸角，以符號(hào)“2V”表示，2V的平分線稱銳角等分線，以Bxa表示；兩個(gè)光軸之間的鈍角等分線稱鈍角等分線，以Bxo表示。3.二軸晶光率體的光性符號(hào)1)根據(jù)銳角等分線Bxa是Ng還是Np決定二軸晶光性符號(hào)正負(fù)：當(dāng)Bxa＝Ng時(shí)，為正光性(＋)；當(dāng)Bxa＝Np時(shí)，為正光性(－)；2)根據(jù)Ng、Nm、Np的相對(duì)大小，判斷二軸晶光性符號(hào)正、負(fù)當(dāng)Ng－Nm>Nm－Np時(shí)，為正光性(＋)；當(dāng)Ng－Nm<Nm－Np時(shí)，為負(fù)光性(－)；光性方位光率體主軸與晶體結(jié)晶軸之間的關(guān)系稱為光性方位。也就是光率體主軸N；Ne、No或Ng、Nm、Np與結(jié)晶軸X、Y、Z之間的關(guān)系。也可以說(shuō)是光率體在晶體中的位置。解理是指礦物晶體在外力作用下，沿一定方向裂成光滑平面的性質(zhì)。解理在薄片中表現(xiàn)為一些相互平行的細(xì)縫，稱解理縫。極完全解理、完全解理、不完全解理解理夾角的測(cè)定兩組解理的夾角稱解理夾角測(cè)定兩組解理夾角時(shí)，必須選擇同時(shí)垂直兩組解理面的切面。這種切面的特征是：兩組解理縫最細(xì)最清楚，當(dāng)其解理縫平行目鏡十字絲豎絲時(shí)，稍微升降鏡筒，解理縫不向左右移動(dòng)。測(cè)定方法為：1)按上述原則選擇合適的切面2)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使一組解理縫平行目鏡十字絲豎絲，在載物臺(tái)刻度盤(pán)上讀數(shù)為a3)旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，使另一組解理縫平行目鏡豎絲，載物臺(tái)讀數(shù)為b。兩次讀數(shù)之差（a與b之差）即為所測(cè)得的夾角。如果礦物對(duì)白光中各單色光全部透過(guò)，則透過(guò)礦片后仍為白光，只是強(qiáng)度有所減弱，礦片顯無(wú)色透明，如石英、長(zhǎng)石等。若全部吸收，則礦物為黑色；若均勻吸收，則礦物呈灰色；若不等量吸收，稱選擇性吸收，選擇性吸收是礦物透過(guò)某些光波，呈現(xiàn)特定顏色非均質(zhì)體礦物對(duì)光波的選擇吸收和吸收總強(qiáng)度是隨方向而異。礦片顏色變化的現(xiàn)象稱為多色性；顏色深淺變化的現(xiàn)象稱為吸收性。巖石薄片中，在兩種折射率不同的物質(zhì)接觸處，可以看到一條比較黑暗的界限，稱礦物的邊緣礦物邊緣附近常見(jiàn)到一條比較明亮的細(xì)線，升降物臺(tái)，亮線發(fā)生移動(dòng)，這條亮線稱貝克線或亮帶。貝克線移動(dòng)的基本規(guī)律1)下降物臺(tái)，貝克線向折射率大的方向移動(dòng)2)上升物臺(tái)，貝克線向折射率小的方向移動(dòng)在單偏光下觀察不同礦物的表面時(shí)，可看到某些礦物表面比較光滑，某些礦物表面顯得較為粗糙呈麻點(diǎn)狀，好象粗糙皮革，這種現(xiàn)象稱為糙面薄片中有的礦物表面顯得高，有的顯得低，這種表面似乎高低不平的現(xiàn)象稱為礦物的突起突起的高低取決于礦物與樹(shù)膠(礦物)折射率差值的大小在單偏光鏡下，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，礦物突起高低發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為閃突起礦片在正交下呈現(xiàn)黑暗的現(xiàn)象，稱為消光現(xiàn)象旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)一周（360）過(guò)程中，礦片的消光現(xiàn)象不改變，故稱為全消光非均質(zhì)體除垂直光軸切面以外的任何方向切面，在正交偏光鏡間處于消光時(shí)的位置，稱為消光位當(dāng)?shù)V片上光率體橢圓半徑與AA、PP斜交時(shí)，不在消光位，則將發(fā)生干涉作用干涉色級(jí)序第一級(jí)序，光程差為0－550nm，主要干涉色為暗灰－灰－白－黃－橙－紫紅。第二級(jí)序，光程差為550－1100nm，主要干涉色為藍(lán)－藍(lán)綠－綠－黃－紫紅。第三級(jí)序，光程差為1100－1650nm，主要干涉色為藍(lán)綠－綠－黃－橙－紅。第四級(jí)序，光程差為1650－2240nm，主要干涉色為粉紅－淺綠－淺橙。各級(jí)序的特征第一級(jí)序：具有暗灰，灰白色，而無(wú)藍(lán)、綠色。第二級(jí)序：色調(diào)濃而純，比較鮮艷，條帶界線清楚。第三級(jí)序干涉色順序與第二級(jí)序一致，但其干涉色色調(diào)要比二級(jí)序淺，條帶界線不及二級(jí)。第四級(jí)序及更高級(jí)序的干涉色，其光程差更大。干涉色級(jí)序越高，其色調(diào)越淺越不純，條帶界線越不清楚。在正交偏光鏡間，兩個(gè)非均質(zhì)體任意方向的切面（除垂直光軸的切面外），在45位重疊時(shí)，光通過(guò)此兩礦片后總光程差的增減法則（光程差的增減表現(xiàn)為干涉色級(jí)序的升降），稱為補(bǔ)色法則。補(bǔ)色法則兩礦片光率體橢圓半徑同名半徑平行，總光程差等于原來(lái)兩礦片光程差之和，表現(xiàn)為干涉色升高。異名半徑平行時(shí)，總光程差等于原來(lái)兩礦片光程差之差，其干涉色降低當(dāng)異名半徑平行時(shí)，如果總光程差等于零，那么礦片就會(huì)變成灰黑色，此現(xiàn)象是消色。常用的補(bǔ)色器

⑴石膏試板（λ）光程差為550nm，在正交偏光45°位置時(shí)，呈現(xiàn)一級(jí)紫紅干涉色，使礦片升高或降低一個(gè)級(jí)序。如礦片干涉色為一級(jí)灰，升高變?yōu)槎?jí)藍(lán)，降低變?yōu)橐患?jí)黃。⑵云母試板（1/4λ）光程差為147nm，使礦片升、降一個(gè)色序。如礦片為一級(jí)紫紅，升高變?yōu)槎浰{(lán)，降低變?yōu)橐患?jí)橙黃。⑶石英楔光程差為0～1680nm，在45°位置時(shí)依次產(chǎn)生一級(jí)到三級(jí)干涉色。同名半徑平行，干涉色不斷升高。異名半徑平行時(shí)，干涉色不斷降低。干涉色級(jí)序的觀察與測(cè)定選切面干涉色級(jí)序的高低與切面方向有關(guān)，平行光軸或光軸面的切面干涉色最高，要選這種切面測(cè)定礦物最高干涉色級(jí)序。⑵楔形邊法礦物顆粒往往具有楔形的邊緣，即由邊緣至中心厚度逐漸增加，因而從R=d(N1-N2)中可知，其干涉色級(jí)序會(huì)由邊緣向中心升高。如果最外一圈為一級(jí)灰白，向中心干涉色逐漸升高而構(gòu)成細(xì)小的干涉色色圈。其中經(jīng)過(guò)一條紅帶，則礦片的干涉色為二級(jí)；經(jīng)過(guò)n條紅帶，礦片的干涉色為（n+1）級(jí)。如果礦片的邊緣最外圈不是從一級(jí)灰白開(kāi)始的，則不能用這種方法判斷干涉色級(jí)序。(3)利用石英楔測(cè)定干涉色級(jí)序1、將選定的具有最高干涉色的顆粒至于視域中心，旋轉(zhuǎn)物臺(tái)使礦片消光。2、旋轉(zhuǎn)物臺(tái)45，使礦片的干涉色最亮。3、從試板孔慢慢插入石英楔，觀察礦片干涉色的變化?？沙霈F(xiàn)下列兩種情況：a.隨著石英楔的插入，礦片的干涉色逐漸升高，石英楔與礦片的光率體橢圓切面的同名半徑平行，必須轉(zhuǎn)物臺(tái)90，使異名半徑平行，再進(jìn)行測(cè)量。b.隨著石英楔的插入，礦片的干涉色逐漸降低，證明異名半徑平行。當(dāng)插到石英楔的光程差與礦片相等處，礦片消色而黑暗。再慢慢抽出石英楔，礦片上的干涉色又逐漸升高。在抽出過(guò)程中，注意觀察礦片上干涉色的變化，如果其間經(jīng)過(guò)一次紅色，則礦片干涉色為二級(jí)，經(jīng)過(guò)n條紅帶，礦片的干涉色為（n+1）級(jí)。消光類型及消光角的測(cè)定根據(jù)礦物消光時(shí)，礦物的解理縫、雙晶縫及晶面跡線與目鏡十字絲的關(guān)系可劃分成三種消光類型：平行消光斜消光光率體橢圓半徑與解理縫、雙晶縫及晶面跡線之間的夾角稱為消光角。3對(duì)稱消光消光角的測(cè)定只有測(cè)定向切面的消光角才有意義延性符號(hào)的規(guī)定：正延性：長(zhǎng)條狀礦物切面，其延長(zhǎng)方向或解理縫方向與光率體橢圓長(zhǎng)半徑Ng或Ng′平行或其夾角小于45°負(fù)延性：長(zhǎng)條狀礦物切面，其延長(zhǎng)方向或解理縫方向與光率體橢圓短半徑Np或Np′平行或其夾角小于45°當(dāng)兩者的夾角為45°時(shí)，延性可正可負(fù)。平行偏光束與錐形偏光束的重要區(qū)別：⑴平行偏光基本上同一方向入射礦片。⑵錐形偏光，除中央一條光波垂直入射礦片以外，其余各條光波都是傾斜入射礦片，而且愈向外傾斜角度愈大，在礦片中所經(jīng)歷的距離愈外愈長(zhǎng)。在種錐光鏡下，錐形偏光束中，各個(gè)不同方向的入射偏光通過(guò)礦片后到達(dá)上偏光鏡所產(chǎn)生的消光和干涉現(xiàn)象的總和，構(gòu)成了各式各樣的特殊干涉圖形，稱為干涉圖。錐光鏡的特點(diǎn)⑴聚光鏡的作用:使平行偏光變成錐形偏光。⑵勃氏鏡或取去目鏡作用:放大干涉圖。⑶高倍物鏡作用:接納更大范圍的入射光波，使圖象更清晰。(4)錐光系統(tǒng)的適用范圍：非均質(zhì)體均質(zhì)體礦物的光學(xué)性質(zhì)各方向一致，光波以任何方向射入礦片，都不發(fā)生雙折射，在正交下全消光，錐光下沒(méi)有干涉圖。非均質(zhì)體礦物的光學(xué)性質(zhì)隨方向而異，在錐光下能形成干涉圖，其干涉圖的圖像特點(diǎn)因礦物的軸性和切面方向而不同。錐光鏡可以測(cè)定礦物的光學(xué)常數(shù)為：軸性、光性符號(hào)，光軸角和切面方向。觀察干涉圖應(yīng)注意的問(wèn)題：(1)首先使用低倍或者中倍物鏡找到所需觀察的礦物顆粒，置于視域中心后，換用高倍物鏡(2)換用高倍物鏡后，檢查是否已準(zhǔn)焦，準(zhǔn)焦應(yīng)注意物鏡不要與薄片相碰。(3)加上栽物臺(tái)下的聚光鏡后，要把聚光鏡上升到最高位置，但不要與薄片相碰。(4)檢查高倍物鏡是否需要校正中心。(5)干涉圖是消光和干涉效應(yīng)的總和。一軸晶干涉圖一軸晶有三種類型切片:垂直光軸、平行光軸和斜交光軸。一軸晶干涉圖，因切面方向不同而不同垂直光軸切面的干涉圖⑴切面特點(diǎn)光率體的切面為圓切面，正交偏光下全消光（或干涉色最低）。干涉圖的特點(diǎn)：由于R=d(Ng-Np）,干涉圖分為R較小的晶體和R較大的晶體兩種R較小的晶體一個(gè)位于視域中心的黑十字，兩臂與十字絲平行，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)，黑十字不動(dòng)。黑十字將視域分為四個(gè)象限。干涉色為一級(jí)灰白。R較大的晶體除黑十字外，還具有以黑十字交點(diǎn)為中心的同心干涉色環(huán)，由中心向外越來(lái)越密，干涉色級(jí)序越來(lái)越高，轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)干涉圖不變。(2)圖像特點(diǎn)①由黑十字和同心圓狀的干涉色色圈組成，黑十字交點(diǎn)位于十字絲中心。②干涉色色圈以黑十字交點(diǎn)為中心，成同心環(huán)狀。干涉色圈的多少，取決于礦物雙折率的大小及礦片厚度。③轉(zhuǎn)動(dòng)物臺(tái)360°,干涉圖不發(fā)生變化。垂直光軸切面干涉圖應(yīng)用1、確定軸性和切面方向根據(jù)圖像特點(diǎn),確定為一軸晶垂直光軸的切面。2、測(cè)定光性符號(hào)Ne=Ng，Ne>No：正光性Ne=Np，Ne<No：負(fù)光性測(cè)定光性符號(hào)一級(jí)灰干涉色加石膏試板，判斷與正交偏光的情況相同。藍(lán)—升高，黃—降低。干涉色圈較多時(shí)，加云母試板（升降一個(gè)色序）。這時(shí)，升高區(qū)域的干涉色環(huán)向內(nèi)移動(dòng)，降低區(qū)域的干涉色環(huán)向外移動(dòng)，并在光軸出路點(diǎn)附近出露兩個(gè)黑點(diǎn)。如果四個(gè)象限是一級(jí)灰白的干涉圖，則選用石膏試板插入石膏試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色由灰白變?yōu)樗{(lán)色，對(duì)石膏試板而言，干涉色升高，即同名軸平行。又已知發(fā)散的方向?yàn)镹e，切線的方向?yàn)镹o，所以Ne=Ng，No=Np，為一軸晶的正光性。插入石膏試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色由灰白變?yōu)辄S色，對(duì)石膏試板而言，干涉色降低，即異名軸平行。又已知發(fā)散的方向?yàn)镹e，切線的方向?yàn)镹o，所以Ne=Np，No=Ng，為一軸晶的負(fù)光性。如果干涉圖中有同心色環(huán)，說(shuō)明該晶體的干涉色較高，則選用云母試板或石英楔。插入云母試板：色環(huán)內(nèi)收，干涉色升高；色環(huán)外擴(kuò)，干涉色降低。插入云母試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色色環(huán)內(nèi)收，干涉色升高，即同名軸平行。又已知發(fā)散的方向?yàn)镹e，切線的方向?yàn)镹o，所以Ne=Ng，No=Np，為一軸晶的正光性。插入云母試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色色環(huán)外擴(kuò)，干涉色降低，即異名軸平行。又已知發(fā)散的方向?yàn)镹e，切線的方向?yàn)镹o，所以Ne=Np，No=Ng，為一軸晶的負(fù)光性。判斷黑十字的象限可根據(jù)下列四種現(xiàn)象：(1)黑臂細(xì)的部分指向光軸出露點(diǎn)。(2)等色圈凹向?qū)χ廨S出露點(diǎn)。(3)