《光率體與光性方位》PPT課件.ppt

1、第二章 光率體與光性方位,第一節(jié) 光率體,一、 光率體的概念 定義:光率體是表示光波在晶體中傳播時，光波振動方向與相應折射率值之間關系的一種光性指示體。 光率體是表示光波在晶體中各振動方向上折射率和雙折率變化規(guī)律的一個立體幾何圖形。,光率體的制作,設想自晶體的中心起，沿光波各個振動方向，以線段的方向表示光波的振動方向，以線段的長短按比例表示折射率值的大小，然后將各線段的端點連接起來構成一立體形態(tài)，稱之為光率體。,應用,光率體是從晶體光學的具體現(xiàn)象中抽象得出的立體概念.光率體在晶體中不表示具體位置,只表示方向.它可在晶體中任何部位存在. 可以光率體想像位于晶體的中心。光率體的任何切面都必須通過光

2、率體中心. 應用光率體時隨時都應想到光率體切面與立體模型之間的關系.光率體是用來解釋一切晶體光學現(xiàn)象的基礎,在鏡下觀察時,實質(zhì)上是研究通過光率體中心作的一個切面.,光率體同一方向折射率一樣，不同方向切面折射率不同,光率體概念的重要意義,光率體反映了晶體光學性質(zhì)中最本質(zhì)的特點，其形狀簡單、應用方便 研究光率體的意義在于光率體在每一種透明礦物中的位置(即光性方位)是鑒定透明礦物主要依據(jù)之一 由光率體可導出一系列光學常數(shù)和一些光學現(xiàn)象(如折射率、雙折率、多色性、吸收性、干涉色級序、光性符號、光軸角、光性方位等)，不同礦物有不同光學性質(zhì)和光學常數(shù)。總之用偏光顯微鏡鑒定造巖礦物時，是以光率體在每種礦物中

3、的方位為依據(jù)的，掌握了光率體的特征，才能真正學會利用偏光顯微鏡鑒定透明礦物的方法。,二、均質(zhì)體光率體,1. 均質(zhì)體包括高級晶族的等軸晶系礦物(a=b=c, =90)及非晶質(zhì)物質(zhì)。 2. 光率體特征: 形狀圓球體 各個方向折射率值唯一 N 任何方向切面都是圓切面，其半徑為折射率值N 需要強調(diào)：切面均指過光率體中心的切面,1.一軸晶礦物定義：光波在中級晶族礦物晶體中傳播時，只有一個沿c軸入射的特殊方向不會發(fā)生雙折射，這個方向稱為光軸，這樣的晶體稱為一軸晶。 三方晶系白云石, 方解石, 石英 一軸晶礦物(中級晶族) 四方晶系金紅石(TiO2), 鋯石(ZrSiO4) 六方晶系綠柱石，磷灰石, 石英

4、a=bc， =90(四方晶系) = 90, =120(三方、 六方） 有一個光軸, 光軸=C軸,三、一軸晶光率體,2.一軸晶光率體特征,形態(tài)旋轉(zhuǎn)橢球體 以Ne軸為旋轉(zhuǎn)軸(平行C軸) No(垂直C軸)為半徑 組成的旋轉(zhuǎn)橢球體。,A. 2個主軸Ne和No， NeNo，代表一軸晶兩個主要光學方向，又稱光學主軸，即Ne軸和No軸；軸的長短就是N的大小 B. 2個主折射率常光的為No，No C 非常光的為Ne，NeC Ne與No在不同的一軸晶中，其大小是不一樣的。 兩種情況： NeNo (一軸正晶) NeNo (一軸負晶),（2） 構成要素,(3)光性符號,一軸正晶，標記為：一（） NeNo， 如 石英

5、 定義：旋轉(zhuǎn)軸為長軸Ne，呈沿C軸拉長的光率體。光波平行于C軸振動時的折射率總是大于垂直于C軸振動的折射率，即NeNo，這種光率體稱為一軸晶正光性光率體，相應的礦物稱為一軸晶正光性礦物，或一軸正晶。,一軸負晶，標記為：一（） NeNo， 如 方解石 定義：旋轉(zhuǎn)軸為短軸Ne，呈沿C軸壓扁的光率體。光波平行于C軸振動時的折射率總是小于垂直于C軸振動的折射率，即NeNo，這種光率體稱為一軸晶負光性光率體，相應的礦物稱為一軸晶負光性礦物，或一軸負晶。,(4) 三種主要切面類型,可以理解為從不同的視角進行投影。其必要性在于我們將利用厚度只有0.03mm的巖石薄片，一般情況下觀察到的是平面投影。,a. 光

6、軸的切面,光率體切面為圓，其半徑等于No， 光波垂直這種切面入射(平行光軸入射)時，不發(fā)生雙折射，不改變光波的振動方向,其折射率等于No， 雙折率N= 0 一軸晶只有一個這樣的圓切面。,b. 平行光軸的切面,光率體切面形狀為橢圓 光波垂直此切面入射，發(fā)生雙折射,分解成兩種偏光，其振動方向必然平行橢圓切面的長短半徑，相應地折射率為兩個主折射率Ne和No， 雙折率 N=|Ne-No|，是一軸晶礦物的最大雙折率。 如石英 Ne=1.553, No=1.544, 最大雙折率 N= 1.553-1.544=0.009。,c. 斜交光軸的切面,切面為橢圓形 光波垂直于此切面入射, 即斜交光軸入射，會發(fā)生雙

7、折射分解成兩種偏光，其振動方向分別平行橢圓切面的長短半徑，相應的折射率分別為No和Ne，且總有一個為No 雙折率 ， N=|NeNo| |Ne-No| 正晶時，短半徑為No；負晶時，長半徑為No,一軸晶三種切面全圖,無論何種切面, 總有一個是No, 原因是切面均過中心. 因此一軸晶No非常重要.,四、二軸晶光率體,二軸晶礦物: A. 包括低級晶族(斜方、單斜、三斜晶系)的礦物。 B.均具有兩個光軸，故稱二軸晶。 C.晶胞參數(shù) 三個結晶軸各不相等(abc， ac)，表示它們?nèi)瓤臻g方向的不均一性。,為三軸不等橢球體 類似橄欖球,1.光率體的形態(tài),2、構成要素,(1) 三個主軸 三個相互的光率體軸

8、, 代表3個主要光學方向，稱為光學主軸，簡稱主軸，即Ng軸、Nm軸、Np軸， 3個主軸3個主折射率關系： NgNmNp。,(2)三個主軸面(主切面) 包含任意2個主軸的切面稱主軸面或主切面 二軸晶光率體有3個互相垂直的主軸面， NgNp主軸面， 它是包含兩個光軸的切面，又稱光軸面，以Ap表示； NmNp主軸面； NgNm主軸面。,(3) 二個光軸(OA)及兩個圓切面 通過Nm軸在光率體的一側(Ng軸與Np軸之間)可以連續(xù)作一系列橢圓切面，這些切面半徑之一始終是Nm軸，另一半徑則遞變于Ng和Np之間，在它們中間總可以找到一個半徑Nm的圓切面，另一側還有一個圓切面，共計2個圓切面。 光波垂直這2個

9、圓切面入射，無雙折射，這2個方向就是光軸，即2個OA,圓切面,(4)光學法線：通過光率體中心而垂直光軸面的方向稱光學法線，光學法線與主軸Nm軸一致。 光軸面=NgNp面,(5)光軸角：兩個光軸之間所夾的銳角稱光軸角，以符號“2V”表示， 2V的平分線稱銳角等分線，以Bxa表示； 兩個光軸之間的鈍角平分線稱鈍角等分線，以Bxo表示。 Bxa與Bxo均包含在NgNp主軸面中。,3、二軸晶光率體的光性符號,(1)根據(jù)銳角等分線Bxa是Ng還是Np決定二軸晶光性符號正負： 當Bxa=Ng時，為正光性(+) ； 當Bxa=Np時，為負光性(-) 。 (2)根據(jù)Ng、Nm、Np的相對大小，判斷二軸晶光性符

10、號正、負 當Ng-NmNm-Np時，為正光性(+) 當Ng-NmNm-Np時，為負光性(-) (3)根據(jù)光軸角的大小，可按下列簡化公式求得： 當tgV=（Nm-NpNg-Nm）時，為正光性(+) 當tgV= （ Ng-NmNm-Np）時，為負光性(-),如果2V=90, 則沒有銳角等分線和鈍角等分線之分，沒有光性正負區(qū)別 意義: 不同二軸晶礦物的2V角是重要的鑒定參數(shù), 可以根據(jù)Ng-Nm-Np計算2V,光性符號之例外,如果2V等于90(如富鎂橄欖石)，則沒有銳角等分線和鈍角等分線之分，也沒有光性符號正負之分。,主折射率與光軸角的關系,二軸晶光軸角2V也是源于折射率的光學參數(shù)，其大小決定于主折

11、射率Ng、Nm、Np的數(shù)值。因此，光軸角2V的大小是重要的鑒定特征；同時，光軸角的大小可以根據(jù)已知的主折射率Ng、Nm、Np值進行計算。,計算實例,鎂橄欖石的三個主折射率分別為： Ng=1.670, Nm=1.651 Np=1.635 將其代入公式(3)，得： tgV0.917663 V42.5, 2V85 Ng/Np=1.0214071 (Nm+Np)/(Ng+Nm)1 tgV0.922537 V43.3, 2V86.6,4、五種切面類型,由于二軸晶光率體為三軸不等橢球體，其切面類型復雜一些，一共有五種典型切面。,(1) 垂直光軸(OA)的切面,A. OA為圓切面，只有一個半徑Nm B. 垂

12、直此切面入射的光不發(fā)生雙折射，不改變光波振動方向 C. 圓切面內(nèi)任何振動方向上的折射率均等于Nm，雙折率為零。,A.即垂直Nm主軸的切面：為橢圓，即NgNp主軸面， B.其長半徑為Ng，短半徑為Np， C.光沿主軸Nm入射，產(chǎn)生雙折射，分解為兩束偏光 D.雙折率等于Ng-Np，為最大雙折率。,(2) 平行光軸面(/AP)的切面,(3)垂直Bxa的切面,橢圓切面 二軸(+) NmNp主軸面, 光波垂直此切面入射時(即沿Bxa方向入射)，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光必定分別平行橢圓切面長短半徑Nm和Np，N=Nm-Np 二軸(-) NgNm主軸面, 光波垂直此切面入射時(即沿Bxa方向入射)，發(fā)生

13、雙折射，分解形成兩種偏光必定分別平行橢圓切面長短半徑Ng和Nm，N=Ng-Nm N值介于0最大之間,橢圓切面 二軸(+) NgNm主軸面, 光波垂直此切面入射時(即沿Bxo方向入射)，發(fā)生雙折射，分解形成2種偏光必定分別平行橢圓切面長短半徑Ng和Nm，N=Ng-Nm 二軸(-) NmNp主軸面, 光波垂直此切面入射時(即沿Bxo方向入射)，發(fā)生雙折射，分解形成2種偏光必定分別平行橢圓切面長短半徑Ng和Nm，N=Nm-Np N值介于0最大之間,(4) 垂直Bxo的切面,小 結,(b) 以上/AP、 Bxa、 Bxo的3種切面都是二軸晶光率體的主軸面，屬于垂直一個光率體主軸的切面。,無論(+)(-

14、)， Bxa切面的雙折率總是小于 Bxo切面的雙折率,(a),(5) 斜交切面,不垂直光軸，也不垂直主軸的切面屬于斜交切面，這種切面有無數(shù)個，它們都是橢圓切面，但非主軸面。,(5)-A. 二軸晶垂直主軸面的斜交切面,即垂直NgNp面，或NgNm面或NmNp面的斜交切面，稱半任意切面。這類切面的橢圓長短半徑中，總有一個半徑是主軸(Ng軸或Nm軸或Np軸)，另一個半徑是Ng或Np， 在半任意切面中，比較重要的是垂直NgNp面(光軸面)的斜交切面。這種切面的橢圓長短徑半中，必有一個半徑是Nm軸，另一個半徑是Ng或Np。這種切面在某些情況下，可以代替垂直光軸的切面。垂直光軸的圓切面，實際上是這類切面的

15、特殊類型。,橢圓切面的長短半徑分別為Ng和Np 。 光波垂直這類切面入射時(即除光軸和主軸方向以外的任意方向入射)，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光。其振動方向必然平行橢圓長短半徑方向，相應的折射率值，必分別等于長短半徑Ng和Np 雙折率等于長短半徑之差N= |Ng Np |，其大小變化于零與最大雙折率之間。,(5) B 二軸晶任意斜交切面,二軸晶光率體的五種切面的折射率分布表,第六節(jié) 光性方位,一、概念 光性方位：光率體主軸與晶體結晶軸之間的關系就是光性方位，表示光率體的主軸Ne、No或者Ng、Nm、Np與晶體的結晶軸a、b、c之間的關系。 不同晶族礦物的光性方位不同。,二、高級晶族晶體的光性方

16、位,高級晶族 為等軸晶系，均質(zhì)體礦物，光率體為圓球體，各向同性，只有一個折射率N, 各個方向都是主軸,可有3個相互垂直的方向 等軸晶系3個結晶軸a=b=c, ab c 因此：高級晶族晶體的光性方位與其3個結晶軸重合,三、中級晶族晶體的光性方位,中級晶族包括三方、四方、六方晶系，有高次對稱軸(L3、L4、L6) 為一軸晶光率體，光率體為旋轉(zhuǎn)橢球體，,對應關系,鋯石,金紅石,綠柱石,磷灰石,三、低級晶族晶體的光性方位,低級晶族包括斜方、單斜、三斜晶系，屬二軸晶光率體，光率體為三軸不等橢球體。 1.斜方晶系,例如黃玉, Al2SiO4(OH,F)2 Np=a, Nm=b, Ng=c,a,c,b,2、單斜晶系晶體的光性方位,礦物舉例 (1) 透閃石 Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Nm=b， Ngc=15(16-21) (2) 黑云母，單斜，假六方片狀或板狀 Nm=b， Nga, Npc,透閃石,3. 三斜晶系晶體的光性方位,如斜長石(An35) Ngb, Nmc Np