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1、材料岩相分析材料岩相分析第四章第四章 偏光显微镜下偏光显微镜下 晶体的光学性质晶体的光学性质 4-1.偏光显微镜的构造和使用偏光显微镜的构造和使用 一一.构造：构造：偏光显微镜的式样繁多，目前偏光显微镜的式样繁多，目前我国最常用的有江南光学仪器厂制造的我国最常用的有江南光学仪器厂制造的XPB-01型，型，XPT-7型型630倍中级偏光显倍中级偏光显微镜（图微镜（图4-1），上海光学仪器厂制造的），上海光学仪器厂制造的XPG1000倍偏光显微镜及蔡司厂出产的倍偏光显微镜及蔡司厂出产的文柯型偏光显微镜（图文柯型偏光显微镜（图4-2）等。）等。它们的主要构造大同小异，现叙述如下：它们的主要构造大同小
2、异，现叙述如下：镜座：镜座：承受显微镜的全部重量；承受显微镜的全部重量；镜臂：镜臂：呈弓形，下端与镜座相联，上部装有呈弓形，下端与镜座相联，上部装有镜筒，为使用方便，可向后倾斜，但不宜过镜筒，为使用方便，可向后倾斜，但不宜过大，以防翻倒。大，以防翻倒。反光镜：反光镜：是一个具有平、凹两面的小圆镜，是一个具有平、凹两面的小圆镜，可任意转动，以便对准光源，把光反射到可任意转动，以便对准光源，把光反射到显微镜中，一般在弱光源或锥光鉴定时，显微镜中，一般在弱光源或锥光鉴定时，常使用凹面镜。常使用凹面镜。下偏光镜：下偏光镜：一般可以转动，以便调节其振动一般可以转动，以便调节其振动方向，通常用方向，通常用
3、PP代表下偏光镜的振动方向。代表下偏光镜的振动方向。锁光圈（光阑）：锁光圈（光阑）：在偏光镜之上，可以自由在偏光镜之上，可以自由开合，用以控制进入视域的光量。开合，用以控制进入视域的光量。聚光镜：聚光镜：在锁光圈之上，由一组透镜组成。在锁光圈之上，由一组透镜组成。它可以把平行偏光聚敛成锥形偏光。不用它可以把平行偏光聚敛成锥形偏光。不用时可以推开。在聚光镜上一般都刻有数值时可以推开。在聚光镜上一般都刻有数值孔径孔径(N A)。载物台：载物台：是一个可以转动的圆形平台，边是一个可以转动的圆形平台，边缘刻有刻度（缘刻有刻度（360），并有游标尺，可以），并有游标尺，可以读出旋转角度。在物台的外缘有固
4、定螺丝，读出旋转角度。在物台的外缘有固定螺丝，用以固定物台。用以固定物台。物台中央有圆孔，是光物台中央有圆孔，是光线的通道。在物台上还有一对弹簧夹，用线的通道。在物台上还有一对弹簧夹，用于夹持薄片。于夹持薄片。镜筒：镜筒：为长的圆筒形，联结在镜臂上。为长的圆筒形，联结在镜臂上。转动镜臂上的粗动螺丝或微动螺丝可使转动镜臂上的粗动螺丝或微动螺丝可使镜筒上升和下降，用以调节焦距。微动镜筒上升和下降，用以调节焦距。微动螺丝上一般都带有刻度。镜筒上端插有螺丝上一般都带有刻度。镜筒上端插有目镜，下端装有物镜，中间有试板孔、目镜，下端装有物镜，中间有试板孔、上偏光镜和勃氏镜，有的还有锁光圈。上偏光镜和勃氏镜
5、，有的还有锁光圈。自目镜上端至物镜处的长度称机械筒长自目镜上端至物镜处的长度称机械筒长（通常为（通常为160mm）。）。物镜：物镜：是决定显微镜成像性能的重要因素，是决定显微镜成像性能的重要因素，其价值约占整个显微镜的其价值约占整个显微镜的1/51/2。是由。是由15组复式透镜组成。每台显微镜上至少组复式透镜组成。每台显微镜上至少附有三个不同放大倍数的物镜，多的可达附有三个不同放大倍数的物镜，多的可达七个。每个物镜上刻有放大倍数、数值孔七个。每个物镜上刻有放大倍数、数值孔径（径（NA）；有的还刻有机械筒长、盖玻）；有的还刻有机械筒长、盖玻璃厚度及前焦距等璃厚度及前焦距等。一般显微镜有低倍一般显
6、微镜有低倍（5x）、中倍（）、中倍（10 x）及）及 高倍（高倍（40 x、63 x）物镜，有的还有油浸物镜（）物镜，有的还有油浸物镜（100 x）。）。物镜的光孔角是指通过物镜前透镜最边物镜的光孔角是指通过物镜前透镜最边缘的光线与前焦点间所组成的角度，如图缘的光线与前焦点间所组成的角度，如图4-3中的中的2。物镜的数值孔径等于。物镜的数值孔径等于nSin，可缩写为可缩写为nA或或NA。从设计上看，通常是。从设计上看，通常是放大倍数愈高的物镜，数值孔径愈大，同放大倍数愈高的物镜，数值孔径愈大，同一放大倍数的物镜，其数值孔径愈大的物一放大倍数的物镜，其数值孔径愈大的物镜分辨率愈高。镜分辨率愈高。
7、所谓分辨率是指能分辨物体细小特征的所谓分辨率是指能分辨物体细小特征的本领，即用能分开两点（或两平行线）之本领，即用能分开两点（或两平行线）之间的最短距离来表示。间的最短距离来表示。物镜的分辨率就是物镜的分辨率就是显微镜的分辨率，目镜与显微镜的分辨率显微镜的分辨率，目镜与显微镜的分辨率无关，它不过把物镜放大的物像进一步放无关，它不过把物镜放大的物像进一步放大，使眼睛能看见而已。大，使眼睛能看见而已。物镜的分辨率决定于物镜的数值孔径和所物镜的分辨率决定于物镜的数值孔径和所用的波长两个因素，可用公式表示：用的波长两个因素，可用公式表示：或或 根据计算光学显微镜的最高分辨率为根据计算光学显微镜的最高分
8、辨率为2000A，最高放大倍数一般为，最高放大倍数一般为18002000 X 左右。左右。目镜：目镜：一般有一般有5x、10 x两个目镜，目镜中往往两个目镜，目镜中往往还带有十字丝或分度尺，有的还有方格网。还带有十字丝或分度尺，有的还有方格网。显微镜的总放大倍数为目镜放大倍数与物镜显微镜的总放大倍数为目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。放大倍数的乘积。上偏光镜：上偏光镜：其构造（偏光片）和作用与下偏其构造（偏光片）和作用与下偏光镜相同，唯其振动方向（以光镜相同，唯其振动方向（以AA表示）常与表示）常与下偏光镜（下偏光镜（PP）垂直。上偏光镜可以自由推）垂直。上偏光镜可以自由推入或拉出，有些还可以
9、转动入或拉出，有些还可以转动90或或180。勃氏镜：勃氏镜：位于目镜与上偏光镜之间，是一位于目镜与上偏光镜之间，是一个小的凸透镜。可因需要而推入或拉出。个小的凸透镜。可因需要而推入或拉出。有的勃氏镜可以上升、下降和前后、左右有的勃氏镜可以上升、下降和前后、左右移动，并附有锁光圈。在观察细小矿物干移动，并附有锁光圈。在观察细小矿物干涉图时，缩小光圈，可挡去干扰，而使干涉图时，缩小光圈，可挡去干扰，而使干涉图更清晰。涉图更清晰。二二.偏光显微镜的使用偏光显微镜的使用 1.装卸镜头：装卸镜头：装目镜：使其十字丝位于东西、装目镜：使其十字丝位于东西、南北方南北方 向上。向上。装物镜：弹簧夹型，螺丝扣型
10、，转盘型。装物镜：弹簧夹型，螺丝扣型，转盘型。2.调节照明（对光）：调节照明（对光）：装上中倍物镜装上中倍物镜（10 x）和目镜（）和目镜（5x），转动反光镜对准），转动反光镜对准光源，直到视域最亮为止。如果总对不亮，光源，直到视域最亮为止。如果总对不亮，则可去掉目镜，从镜筒内观察光源的像，则可去掉目镜，从镜筒内观察光源的像，直到照亮视域。注意不要把反光镜直接对直到照亮视域。注意不要把反光镜直接对准太阳光，这样对眼睛不利。准太阳光，这样对眼睛不利。3.调节焦距：调节焦距：装上薄片，首先将镜筒下降到装上薄片，首先将镜筒下降到最低位置，从目镜中观察，并拧动粗动螺丝最低位置，从目镜中观察，并拧动粗动
11、螺丝使镜筒上升，再转动微动螺丝使之清楚。切使镜筒上升，再转动微动螺丝使之清楚。切忌眼睛只看镜筒里面而下降镜筒，因为这样忌眼睛只看镜筒里面而下降镜筒，因为这样镜头很容易撞碎薄片而使镜头损坏。镜头很容易撞碎薄片而使镜头损坏。准焦后，物镜与薄片平面之间的距离因准焦后，物镜与薄片平面之间的距离因放大倍数而不同，放大倍数低，二者距离放大倍数而不同，放大倍数低，二者距离长，反之间距短（图长，反之间距短（图4-4）。）。4.校正中心：校正中心：显微镜中，镜筒中轴、目镜显微镜中，镜筒中轴、目镜中轴都是固定的，只有校正物镜中轴。校中轴都是固定的，只有校正物镜中轴。校正物镜中轴一般是借助于安装在物镜上的正物镜中轴
12、一般是借助于安装在物镜上的两个校正螺丝进行的。两个校正螺丝进行的。步骤如下：步骤如下：将物镜装正，准焦后在薄片中选一质点将物镜装正，准焦后在薄片中选一质点a，移动薄片使，移动薄片使a点位于视域中心（图点位于视域中心（图4-5a）；）；将薄片固定，旋转载物台将薄片固定，旋转载物台360，若中心不，若中心不正，则质点正，则质点a必绕另一圆心必绕另一圆心o作圆周运动作圆周运动（图（图4-5b），），o点即为物镜转轴出露点。点即为物镜转轴出露点。旋转物台旋转物台180使质点使质点a由十字丝焦点移由十字丝焦点移至至a处（处（图图4-5c）；）；扭动校正螺丝，使质点扭动校正螺丝，使质点a由由a移至偏心圆移
13、至偏心圆O点（图点（图4-5d）；）；移动薄片，使质点移至十字丝交点（图移动薄片，使质点移至十字丝交点（图4-5e）。移动物台，若质点不动，则中）。移动物台，若质点不动，则中心已校好。否则，须按上法重复校正。心已校好。否则，须按上法重复校正。若偏心很大，旋转物台时，质点若偏心很大，旋转物台时，质点a由十由十字丝交点移至视域之外。估计偏心圆中心字丝交点移至视域之外。估计偏心圆中心o在视域外的位置及其半径，扭转校正螺在视域外的位置及其半径，扭转校正螺丝，使质点由十字丝交点向丝，使质点由十字丝交点向o点相反的方点相反的方向移动大约偏心圆半径的距离，再移动薄向移动大约偏心圆半径的距离，再移动薄片使质点
14、回到十字丝交点。旋转物台，可片使质点回到十字丝交点。旋转物台，可能质点在视域内移动，再按上述方法继续能质点在视域内移动，再按上述方法继续校正。否则，再重复校正。校正。否则，再重复校正。5.偏光镜的校正：偏光镜的校正：将目镜十字丝放在东西、南北方向上。将目镜十字丝放在东西、南北方向上。推出上偏光镜，使薄片中黑云母的解理推出上偏光镜，使薄片中黑云母的解理缝平行于某一十字丝，转动下偏光镜，使缝平行于某一十字丝，转动下偏光镜，使黑云母的颜色达最深（图黑云母的颜色达最深（图4-6）。）。推入上偏光镜，拿掉物台上的薄片，看推入上偏光镜，拿掉物台上的薄片，看视域是否全黑，如不全黑，可转动上偏光视域是否全黑，
15、如不全黑，可转动上偏光镜，使视域达全黑为止。镜，使视域达全黑为止。三三.薄片的制备薄片的制备 在偏光显微镜下研究矿物晶体、岩石在偏光显微镜下研究矿物晶体、岩石及其它无机材料的光学性质及显微结构及其它无机材料的光学性质及显微结构时，主要是将这些材料的试样制成薄片时，主要是将这些材料的试样制成薄片（0.03mm）或超薄片（）或超薄片（0.01mm）,将将这些薄片置于物台上，即可进行透射光这些薄片置于物台上，即可进行透射光的研究（图的研究（图4-7）。）。所谓单偏光镜下的研究，就是只用一个所谓单偏光镜下的研究，就是只用一个偏光镜（通常是下偏光镜）进行观察，测偏光镜（通常是下偏光镜）进行观察，测定晶体
16、的光学性质。定晶体的光学性质。单偏光镜下观察的内单偏光镜下观察的内容有：晶体的形态、解理及解理角、颜色容有：晶体的形态、解理及解理角、颜色及多色性、折射率的相对高低等。及多色性、折射率的相对高低等。4-2.单偏光镜下晶体的光学性质单偏光镜下晶体的光学性质 一一.晶体的形态：晶体的形态：在切片中所见晶体的形态并不是晶体的整在切片中所见晶体的形态并不是晶体的整个立体形态，而是晶体某一个方向切面的轮个立体形态，而是晶体某一个方向切面的轮廓。同一晶体由于切面方位的不同，可以表廓。同一晶体由于切面方位的不同，可以表观出各种不同的形态（图观出各种不同的形态（图4-8），因此），因此，在，在实际工作中必须综
17、合许多切面，才能正确判实际工作中必须综合许多切面，才能正确判断晶体的形态。断晶体的形态。根据晶体的完好程度，可将它分为三种根据晶体的完好程度，可将它分为三种类型：类型：1.自形晶：自形晶：晶面发育完整，面平、棱直，晶面发育完整，面平、棱直，并且有完整的几何多面体外形（图并且有完整的几何多面体外形（图4-9a）。）。在析晶早、结晶能力强、物理化学环境适在析晶早、结晶能力强、物理化学环境适宜于晶体生长的条件下，便形成自形晶。宜于晶体生长的条件下，便形成自形晶。例如烧成良好的水泥熟料中的例如烧成良好的水泥熟料中的C3S晶体。晶体。2.半自形晶：半自形晶：晶体只有部分晶面发育较好，晶体只有部分晶面发育
18、较好，部分为其它晶体所阻隔或抑制而成不规则部分为其它晶体所阻隔或抑制而成不规则形状（图形状（图4-9b）。）。半自形晶往往是析晶稍半自形晶往往是析晶稍晚或降温较快时析出的晶体。晚或降温较快时析出的晶体。例如水泥熟例如水泥熟料中的料中的C2S，黑云母等。，黑云母等。3.他形晶：他形晶：晶体无一定晶形，形态不规则晶体无一定晶形，形态不规则（图（图4-9c），），他形晶是析晶晚或结晶中心他形晶是析晶晚或结晶中心多，且析晶很快的矿物。多，且析晶很快的矿物。例如快冷熟料中例如快冷熟料中的的C3A、C4AF和石英等。和石英等。常见的晶体形态为粒状、针状、柱状、常见的晶体形态为粒状、针状、柱状、板状、片状等
19、。集合体形态有颗粒状、纤板状、片状等。集合体形态有颗粒状、纤维状、鳞片状、放射状、球粒状、树枝状、维状、鳞片状、放射状、球粒状、树枝状、羽毛状等。羽毛状等。二二.解理及解理角解理及解理角 1.解理：晶体沿着一定方向裂开成较光滑解理：晶体沿着一定方向裂开成较光滑平面的能力称为解理，裂开的面称为解理平面的能力称为解理，裂开的面称为解理面。有解理的晶体，解理的组数、方位及面。有解理的晶体，解理的组数、方位及解理角等亦不同，因此利用解理可以鉴别解理角等亦不同，因此利用解理可以鉴别晶体。晶体。晶体的解理在薄片中是一些平行或晶体的解理在薄片中是一些平行或交叉的细缝（解理面与切面的交线），故交叉的细缝（解理
20、面与切面的交线），故称为解理缝。称为解理缝。极完全解理：解理缝细、密、长、直贯极完全解理：解理缝细、密、长、直贯晶体，解理面光滑（图晶体，解理面光滑（图4-10中中1）。如云母）。如云母类矿物。类矿物。完全解理：解理缝清晰但较粗，连贯性完全解理：解理缝清晰但较粗，连贯性较差（图较差（图4-10中中2）。如角闪石，辉石等。）。如角闪石，辉石等。不完全解理：解理缝粗，断断续续，有不完全解理：解理缝粗，断断续续，有时仅见解理痕迹（图时仅见解理痕迹（图4-10中中3）。如橄榄石。）。如橄榄石。晶体解理缝的清晰程度与晶体树胶间的晶体解理缝的清晰程度与晶体树胶间的折射率的差值有关，相差愈大，解理缝愈清折射
21、率的差值有关，相差愈大，解理缝愈清楚，反之亦然。楚，反之亦然。晶体解理缝的宽度与切面方向有关，切晶体解理缝的宽度与切面方向有关，切面垂直解理面时，解理缝最窄（图面垂直解理面时，解理缝最窄（图4-11），），代表真实宽度。此时，稍微提升镜筒，解理代表真实宽度。此时，稍微提升镜筒，解理缝不向左右移动。缝不向左右移动。解理缝的可见性、组数也与切面解理缝的可见性、组数也与切面方向有关，因此，在镜下观察晶体方向有关，因此，在镜下观察晶体解理时，必须多观察一些切面，综解理时，必须多观察一些切面，综合判断。合判断。2.解理角：解理角：具有两组以上解理的晶体，解理缝间夹具有两组以上解理的晶体，解理缝间夹角的大
22、小可作为鉴定晶体的特征。解理角角的大小可作为鉴定晶体的特征。解理角的大小与切面方位有关。只有切面方向同的大小与切面方位有关。只有切面方向同时垂直两组解理面时，解理缝间的夹角才时垂直两组解理面时，解理缝间的夹角才是真正的解理角（图是真正的解理角（图4-12中中2），否则就小），否则就小于或大于真正的夹角。判断方法同上。于或大于真正的夹角。判断方法同上。三三.颜色、多色性及吸收性颜色、多色性及吸收性 1.颜色：薄片中晶体的颜色是晶体对白光颜色：薄片中晶体的颜色是晶体对白光中各色光波选择吸收的结果，如晶体对白中各色光波选择吸收的结果，如晶体对白光中各色光波同等程度的吸收，光中各色光波同等程度的吸收，
23、透过晶体透过晶体后的光仍为后的光仍为白光白光；如；如晶体对白光中各色光晶体对白光中各色光波吸收能力不同波吸收能力不同，除去吸收的色光，其余，除去吸收的色光，其余色光互相混合，即为该色光互相混合，即为该晶体的颜色晶体的颜色。薄片中矿物晶体颜色的深浅薄片中矿物晶体颜色的深浅，称为，称为颜色颜色浓度浓度，它，它取决于矿物取决于矿物本身的性质、薄片厚本身的性质、薄片厚度等度等对各色光波吸收对各色光波吸收的总强度，的总强度，吸收愈大，吸收愈大，颜色愈深，反之颜色愈浅。颜色愈深，反之颜色愈浅。2.多色性及吸收性：多色性及吸收性：具有颜色的光性均质体晶体，其颜色及颜具有颜色的光性均质体晶体，其颜色及颜色浓度
24、不会因晶体方向的改变而变化。但是色浓度不会因晶体方向的改变而变化。但是对于具有颜色的光性非均质体晶体，其颜色对于具有颜色的光性非均质体晶体，其颜色及颜色浓度均随晶体方向的改变而变化及颜色浓度均随晶体方向的改变而变化，晶，晶体颜色随方向变化的现象叫体颜色随方向变化的现象叫多色性多色性，晶体颜，晶体颜色浓度随方向变化的现象叫色浓度随方向变化的现象叫吸收性吸收性。因光率体集中反映了晶体各方向上的光因光率体集中反映了晶体各方向上的光学特性，故一般可借用光率体的主轴来表学特性，故一般可借用光率体的主轴来表示与方向有关的多色性和吸收性。示与方向有关的多色性和吸收性。一轴晶晶体有两个主折射率一轴晶晶体有两个
25、主折射率Ne和和No,具具有颜色的一轴晶晶体相应于此二个方向有有颜色的一轴晶晶体相应于此二个方向有二个主要颜色，如电气石二个主要颜色，如电气石：No 深蓝色，深蓝色，Ne 浅紫色（图浅紫色（图4-14）。）。因因N0的颜色比的颜色比Ne深，表示光波沿深，表示光波沿N0方向振动时总的吸收强度大，故方向振动时总的吸收强度大，故其吸收性是其吸收性是N0 Ne。二轴晶晶体有三个主折射率二轴晶晶体有三个主折射率Ng，Nm，Np，具有颜色的二轴晶晶体相应于此三个方，具有颜色的二轴晶晶体相应于此三个方向有三种主要颜色，称为三色性。向有三种主要颜色，称为三色性。普通角闪石的多色性：普通角闪石的多色性：Ng=深
26、绿色，深绿色，Nm=绿色，绿色，Np=淡黄色淡黄色。吸收性公式：吸收性公式：Ng Nm Np为正吸收。为正吸收。如果与此相反，如果与此相反，Np Nm Ng为反吸收。为反吸收。非均质晶体中，非均质晶体中，不同晶体的多色不同晶体的多色性明显程度往往是不同的，性明显程度往往是不同的，有的晶有的晶体多色性极为明显，如黑云母，有体多色性极为明显，如黑云母，有的不明显，如紫苏辉石，有的则看的不明显，如紫苏辉石，有的则看不出多色性。不出多色性。多色性的明显程度还与切面方向有关，多色性的明显程度还与切面方向有关，一般是平行光轴（一轴晶）或平行光轴面一般是平行光轴（一轴晶）或平行光轴面（二轴晶）切面的多色性最
27、明显，垂直光（二轴晶）切面的多色性最明显，垂直光轴切面不具多色性，其它方向切面多色性轴切面不具多色性，其它方向切面多色性明显程度介于二者之间。明显程度介于二者之间。多色性明显程度还与薄片厚度有关多色性明显程度还与薄片厚度有关，薄，薄片愈厚，多色性愈明显。所以观察时，不片愈厚，多色性愈明显。所以观察时，不能只凭个别颗粒下结论。能只凭个别颗粒下结论。四四.贝克线、突起及糙面贝克线、突起及糙面 1.贝克线：贝克线：在两个折射率不同的介质接触在两个折射率不同的介质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，在边缘的处，可以看到比较黑暗的边缘，在边缘的附近还可以见到一条比较明亮的细线，又附近还可以见到一条比较明亮的
28、细线，又叫光带。此时稍微升降镜筒，亮线发生移叫光带。此时稍微升降镜筒，亮线发生移动，由此来比较折射率的方法是动，由此来比较折射率的方法是1882年奥年奥地利岩石学家贝克提出的，所以将此亮线地利岩石学家贝克提出的，所以将此亮线叫作贝克线。叫作贝克线。贝克线在界面上移动的规律：贝克线在界面上移动的规律：提升镜筒提升镜筒时，贝克线向折射率高的介质移动；下降时，贝克线向折射率高的介质移动；下降镜筒时，镜筒时，贝克线向折射率低的介质移动贝克线向折射率低的介质移动。其产生原因可用图其产生原因可用图4-15a加以说明：加以说明：图图a：光线由：光线由n射入射入N（N n，下同），折，下同），折射光线靠近界面
29、法线，即偏向折射率大的介射光线靠近界面法线，即偏向折射率大的介质这一边亮度增加（贝克线）。提升镜筒，质这一边亮度增加（贝克线）。提升镜筒，焦平面由焦平面由F1F1升至升至F2F2，折射光线与入射光，折射光线与入射光线相交位置有所变动，看起来就像贝克线向线相交位置有所变动，看起来就像贝克线向折射率大的介质移动，反之亦然。折射率大的介质移动，反之亦然。图图b：光线由：光线由N射入射入n，折射光线远离界面，折射光线远离界面法线，仍偏向折射率大的介质，提升镜筒，法线，仍偏向折射率大的介质，提升镜筒，贝克线向贝克线向N移动。移动。图图c：光线由：光线由N射入射入n，即使产生全反射仍，即使产生全反射仍偏向
30、偏向N介质。介质。图图d：N，n两介质近于垂直接触时，由两介质近于垂直接触时，由于折射和全反射，光线向折射率大的介于折射和全反射，光线向折射率大的介质集中，提升镜筒，贝克线仍移向质集中，提升镜筒，贝克线仍移向N。贝克线灵敏度很高，用白光照射，即使相贝克线灵敏度很高，用白光照射，即使相邻两介质折射率相差邻两介质折射率相差0.001，亦可见贝克线，亦可见贝克线，用单色光照明，灵敏度可提高到用单色光照明，灵敏度可提高到0.0005。故。故由此可很容易判断相邻两介质折射率大小。由此可很容易判断相邻两介质折射率大小。如石英，方解石，莹石等。如石英，方解石，莹石等。为了要得到清楚的贝克线，观察时应适当为了
31、要得到清楚的贝克线，观察时应适当缩小光圈，把入射角较大的光线挡去；聚光缩小光圈，把入射角较大的光线挡去；聚光镜适当下降或移去。无色透明矿物线清晰。镜适当下降或移去。无色透明矿物线清晰。2.糙面：糙面：单偏光下有些晶体表面很光滑，单偏光下有些晶体表面很光滑，有些则粗糙，这种给人以粗糙感的现象称有些则粗糙，这种给人以粗糙感的现象称为糙面。糙面的形成是由于制片过程中造为糙面。糙面的形成是由于制片过程中造成表面缺陷以及晶体与周围介质折射率的成表面缺陷以及晶体与周围介质折射率的差异，从而在薄片中产生了不同的明暗区差异，从而在薄片中产生了不同的明暗区域。如辉石，莹石等。域。如辉石，莹石等。图图4-16a：
32、晶体的：晶体的N 介质的介质的n，光线平行，光线平行射入薄片时，晶体突出处犹如凸透镜，光线射入薄片时，晶体突出处犹如凸透镜，光线折射后集中，亮度加强。晶体凹下处犹如凹折射后集中，亮度加强。晶体凹下处犹如凹透镜，光线分散，亮度减弱。透镜，光线分散，亮度减弱。图图b：晶体的：晶体的N N2 N3，当光汇聚在，当光汇聚在N1底部，底部，穿过晶体向空气透出时，由于晶体和空气的穿过晶体向空气透出时，由于晶体和空气的折射率相差较大，故光线产生较大的折射，折射率相差较大，故光线产生较大的折射，于是原来在晶体底面的点好像位置变高，上于是原来在晶体底面的点好像位置变高，上升到升到-平面中。平面中。在树胶在树胶中
33、，中，由于由于N2 Np，故，故Vg Vp。这样。这样在通过晶体时产生光程差在通过晶体时产生光程差R，两分偏光在，两分偏光在空气中传播时速度相同，所以在它们到达空气中传播时速度相同，所以在它们到达上偏光镜前，光程差保持不变。上偏光镜前，光程差保持不变。设光在空气中速度为设光在空气中速度为V0，晶体薄片厚度，晶体薄片厚度D，快、慢光通过晶体所需时间为，快、慢光通过晶体所需时间为 tp、tg，在晶体中速度为在晶体中速度为Vp，Vg，则当快光已透出，则当快光已透出晶体到空气中进行了一段路程后，慢光才刚晶体到空气中进行了一段路程后，慢光才刚刚透出薄片时，光程差刚透出薄片时，光程差R为：为：可见，决定光
34、程差的因素是薄片的厚度可见，决定光程差的因素是薄片的厚度和晶体的双折射率值。和晶体的双折射率值。图图4-20进一步说明正交偏光镜下干涉作进一步说明正交偏光镜下干涉作用的原理，因下偏光镜的振动方向与晶体用的原理，因下偏光镜的振动方向与晶体薄片中光率体椭圆两半径间有一夹角薄片中光率体椭圆两半径间有一夹角，因此透出下偏光镜的振幅（因此透出下偏光镜的振幅（OBOB）按平行四）按平行四边形的分解法则，在晶体中分解为两偏光边形的分解法则，在晶体中分解为两偏光OE=OBSinOE=OBSin，OD=OBCosOD=OBCos。此两光波进入上偏光镜后，又变成振幅为：此两光波进入上偏光镜后，又变成振幅为：OG=
35、OBSinOG=OBSinCosCos和和OF=OBCosSinOF=OBCosSin，可，可见见OGOG与与OFOF振幅相等，方向相反，并振幅相等，方向相反，并具有以下特具有以下特点：点：1.OG1.OG、OFOF为同一偏光束经过两度分解（晶体为同一偏光束经过两度分解（晶体和上偏光镜）而成，故其频率相等。和上偏光镜）而成，故其频率相等。2.OG2.OG、OFOF两者之间有固定的光程差（由两者之间有固定的光程差（由OEOE、OD OD而来）。而来）。3.3.两者在同一平面（两者在同一平面（AAAA面）面内振动。因面）面内振动。因此，两偏光具备了干涉的条件。此，两偏光具备了干涉的条件。根据同一平
36、根据同一平面内两平面偏光迭加的原理，可以求得正交面内两平面偏光迭加的原理，可以求得正交偏光镜下两光波的偏光镜下两光波的合成振幅（合成振幅（A A）：）：可见，合成振幅（合成光波强度）的大小可见，合成振幅（合成光波强度）的大小 取决于取决于 和和 ，为单色光波长。为单色光波长。1.当当0 时，时，A20，干涉光的强度为零，干涉光的强度为零，显微镜视域中呈现黑暗，这种现象称为显微镜视域中呈现黑暗，这种现象称为消光。消光。即光性非均质体切面上光率体两振动方向与即光性非均质体切面上光率体两振动方向与上、下偏光镜的振动方向平行时就出现消光上、下偏光镜的振动方向平行时就出现消光现象（图现象（图4-24a）
37、。转动载物台）。转动载物台360，共出现，共出现四次消光，四次消光，四次消光现象是光性非均质体斜四次消光现象是光性非均质体斜交光轴切面的特征。交光轴切面的特征。2.当当 ，此时只有此时只有R为零为零，即即Ng Np=0 为光性均质体的任何切面和为光性均质体的任何切面和光性非均质体垂直光轴的切面，这时，视域光性非均质体垂直光轴的切面，这时，视域黑暗，转动载物台黑暗，转动载物台360消光不变，为消光不变，为永久消永久消光，光，它是光性均质体和光性非均质体晶体垂它是光性均质体和光性非均质体晶体垂直光轴切面的特征。直光轴切面的特征。3.当当R=n，A A2 20 0，视域呈黑暗，因此时，视域呈黑暗，因
38、此时在上偏光镜中在上偏光镜中OGOG与与OFOF振幅相等，方向相反振幅相等，方向相反（图图4-204-20），干涉抵消。），干涉抵消。4.4.当当 时，时，A最大，最大，OG与与OF方方向相同，干涉加强，视域呈明亮（图向相同，干涉加强，视域呈明亮（图4-21）。）。5.当当4545时，时，A A最大，即光率体的椭圆半最大，即光率体的椭圆半径与上、下偏光镜的振动方向成径与上、下偏光镜的振动方向成4545夹角时，夹角时，晶体最明亮（图晶体最明亮（图4-24 b4-24 b）。）。二二.干涉色及其色谱表干涉色及其色谱表 1.干涉色的形成干涉色的形成 将石英沿光轴（将石英沿光轴（c）方向，由薄至厚磨）
39、方向，由薄至厚磨成楔形，称为石英楔，石英的最大双折射成楔形，称为石英楔，石英的最大双折射率率NeN00.009，为一固定常数。将此，为一固定常数。将此石英楔由薄端至厚端慢慢插入正交偏光镜石英楔由薄端至厚端慢慢插入正交偏光镜间的试板孔内，其光程差将随着增大。间的试板孔内，其光程差将随着增大。若用单色光照射时若用单色光照射时，随着石英楔的推入，随着石英楔的推入，将依次出现明亮相间的干涉色带（图将依次出现明亮相间的干涉色带（图4-22）。）。从中也可看出，从中也可看出，明亮和黑暗条带之间的距离明亮和黑暗条带之间的距离，取决于所用单色光的波长，取决于所用单色光的波长，红光距离最大，红光距离最大，紫光最
40、短。紫光最短。若用白光照射时若用白光照射时，由于任何一个光程差，由于任何一个光程差（除零）都不可能使七色光同时消失，只可（除零）都不可能使七色光同时消失，只可能能相当或接近于白光中部分色光波长的整数相当或接近于白光中部分色光波长的整数倍而使之抵消或减弱，同时又相当或接近于倍而使之抵消或减弱，同时又相当或接近于另一部分色光半波长的奇数倍而使其不同程另一部分色光半波长的奇数倍而使其不同程度的加强。度的加强。综合干涉结果，相当于从白光中减去了综合干涉结果，相当于从白光中减去了某些色光而出现其补色，加强了某些色光某些色光而出现其补色，加强了某些色光仍呈现其颜色仍呈现其颜色，因此，所有未被抵消的色，因此
41、，所有未被抵消的色光混合起来，便构成了与该光程差相应的光混合起来，便构成了与该光程差相应的混和色，称为混和色，称为干涉色。干涉色。如当如当R=1100nm时，时，R值刚好是紫光的值刚好是紫光的2.5，红光的，红光的1.51.5，绿光的，绿光的22，因此绿色，因此绿色消失，蓝色、黄色光很弱，只有紫色、红消失，蓝色、黄色光很弱，只有紫色、红色很强，视域内出现紫红色。色很强，视域内出现紫红色。一定的光程差总是有一干涉色与之对应。一定的光程差总是有一干涉色与之对应。而干涉色的亮度随着而干涉色的亮度随着角而变化角而变化，4545时最亮，欲要准确观察晶体切面的干涉色，时最亮，欲要准确观察晶体切面的干涉色，
42、需将晶体置消光位再转需将晶体置消光位再转4545的位置。的位置。只只影响干涉色的亮影响干涉色的亮度，决定干涉色颜色的因素度，决定干涉色颜色的因素是晶体薄片的厚度和切面方位中的双折射率，是晶体薄片的厚度和切面方位中的双折射率，即光程差的大小。即光程差的大小。2.干涉色的级序干涉色的级序 当用白光照射时，在正交偏光镜间随着当用白光照射时，在正交偏光镜间随着石英楔的慢慢推入，光程差逐渐增大，视石英楔的慢慢推入，光程差逐渐增大，视域中的干涉色将由低到高出现有规律的变域中的干涉色将由低到高出现有规律的变化，构成了干涉色化，构成了干涉色级序级序。其特点如下：。其特点如下：R值连续增大的方向叫值连续增大的方
43、向叫色序色序升高的方向，升高的方向，干涉色出现的规律为：黑暗灰灰白干涉色出现的规律为：黑暗灰灰白淡黄黄橙红蓝绿黄红蓝淡黄黄橙红蓝绿黄红蓝绿黄红蓝绿黄红绿黄红蓝绿黄红，变，变化顺序固定不变。化顺序固定不变。随着随着R由小到大，干涉色级别由低到高由小到大，干涉色级别由低到高，一般分为四级，一级为暗灰、灰白、黄、红，一般分为四级，一级为暗灰、灰白、黄、红，二、三、四级都是蓝、绿、黄、红，相邻颜二、三、四级都是蓝、绿、黄、红，相邻颜色间没有截然界线，而成过度状态。光程差色间没有截然界线，而成过度状态。光程差范围是，一级：范围是，一级：0550；二级：；二级：5501100；三级：三级：11001650
44、；四级：；四级：16502200，干，干涉色条带间界线更模糊不清。涉色条带间界线更模糊不清。四级以上的干涉色相互混合，呈现出四级以上的干涉色相互混合，呈现出稍带玫瑰色的白色，称为高级白。四级中稍带玫瑰色的白色，称为高级白。四级中每一级的结尾色又叫该级的每一级的结尾色又叫该级的顶部干涉色顶部干涉色，相应地称蓝色为相应地称蓝色为底部干涉色底部干涉色，黄、绿称为，黄、绿称为中部干涉色中部干涉色。各种干涉色在色调上也有一定的差异，比各种干涉色在色调上也有一定的差异，比较突出的是：较突出的是：一级暗灰和灰白完全过度，界一级暗灰和灰白完全过度，界线难分；一级黄可细分为淡黄，橙黄；一级线难分；一级黄可细分为
45、淡黄，橙黄；一级红带紫色，色带较窄；二级蓝较深；二级绿红带紫色，色带较窄；二级蓝较深；二级绿较淡；二级黄带橙色，亮而艳；二级红呈鲜较淡；二级黄带橙色，亮而艳；二级红呈鲜红；三、四级干涉色均较淡，界线不清楚，红；三、四级干涉色均较淡，界线不清楚，而只有三级绿颜色鲜艳，色带较宽；四级蓝而只有三级绿颜色鲜艳，色带较宽；四级蓝淡而窄，几乎不易分辨。淡而窄，几乎不易分辨。对于各级干涉色的成因，仍可根据光的干对于各级干涉色的成因，仍可根据光的干涉原理和颜色的混合互补定律来解释。涉原理和颜色的混合互补定律来解释。由上可知，干涉色级序的高低完全取决于由上可知，干涉色级序的高低完全取决于光程差的大小，即取决于晶
46、体薄片的厚度和光程差的大小，即取决于晶体薄片的厚度和双折射率。如薄片磨成标准厚双折射率。如薄片磨成标准厚0.03mm，因，因双折射率与晶体本身及切面方向有关，所以，双折射率与晶体本身及切面方向有关，所以，同一晶体的不同方向切面，便显示出不同的同一晶体的不同方向切面，便显示出不同的干涉色，显然在鉴定晶体时，测定最高干涉干涉色，显然在鉴定晶体时，测定最高干涉色才有意义。色才有意义。3.色谱表色谱表 干涉色色谱表是表示干涉色级序、光程干涉色色谱表是表示干涉色级序、光程差、双折射率以及薄片厚度之间关系的图差、双折射率以及薄片厚度之间关系的图标（图标（图4-23）。）。由表，只要知道其中两项由表，只要知
47、道其中两项则可查出第三项，例如，已知薄片的则可查出第三项，例如，已知薄片的D和和晶体的晶体的R，则从表中以，则从表中以D的水平线与的水平线与R值的值的垂直线交点与表中左下角垂直线交点与表中左下角O点连线的方向点连线的方向便可查出（便可查出（Ng-Np）的值。）的值。三三.补色法则及补色器补色法则及补色器 1.补色法则补色法则：在正交偏光镜间，两个非均质：在正交偏光镜间，两个非均质任意方向的晶体薄片（除垂直光轴外），在任意方向的晶体薄片（除垂直光轴外），在45位置重迭时，光通过这两个晶体薄片后总位置重迭时，光通过这两个晶体薄片后总光程差的增减法则，称为补色法则。光程差的增减法则，称为补色法则。当
48、两晶体薄片的当两晶体薄片的同名轴平行同名轴平行时（时（即即Ng/Ng，Np/Np，见图，见图4-24d），光透过两薄片后其总光程差），光透过两薄片后其总光程差 RR1R2，所反映出的干涉色比原来两，所反映出的干涉色比原来两薄片各自的干涉色都要高。薄片各自的干涉色都要高。当两晶体薄片的当两晶体薄片的异名轴异名轴相相平行平行时时（图（图4-24c）,光透过两薄片后光透过两薄片后，总光，总光程差程差 R=R1R2 或或 R=R2R1，所，所反映的干涉色比原来两薄片都低，或反映的干涉色比原来两薄片都低，或比其中一薄片的干涉色低。比其中一薄片的干涉色低。在两晶体薄片中，如果一个薄片的光在两晶体薄片中，如
49、果一个薄片的光率体椭圆半径名称及光程差为已知，则率体椭圆半径名称及光程差为已知，则可根据补色法则，测定另一薄片的光率可根据补色法则，测定另一薄片的光率体椭圆半径名称及光程差。如体椭圆半径名称及光程差。如补色器补色器就就是利用此原理。是利用此原理。2.补色器补色器 石膏试板：石膏试板：石膏试板是采用天然石膏石膏试板是采用天然石膏或石英片（沿石膏或石英片（沿石膏NgNp或石英平行光轴或石英平行光轴方向的切片），镶嵌在长条板状的金属方向的切片），镶嵌在长条板状的金属圆孔中，上下用玻璃片夹住而成。圆孔中，上下用玻璃片夹住而成。石膏试板具有一定的厚度，在正交偏石膏试板具有一定的厚度，在正交偏光镜间产生一
50、级紫红干涉色，其光程差光镜间产生一级紫红干涉色，其光程差为为550nm，能使晶体的干涉色整整升高，能使晶体的干涉色整整升高或降低一个级序。或降低一个级序。这种试板比较适用于这种试板比较适用于干涉色较低的晶体（二级黄以下）。干涉色较低的晶体（二级黄以下）。现假如有一个晶体的干涉色为一级灰现假如有一个晶体的干涉色为一级灰（150nm），加入石膏试板后，同名轴平），加入石膏试板后，同名轴平行时，行时，R=550+150=700nm，晶体干涉色，晶体干涉色由一级灰变为二级蓝绿；异名轴平行时，由一级灰变为二级蓝绿；异名轴平行时，R=550150=400nm，由一级灰变为，由一级灰变为一级橙黄（相对一级紫