晶体光学课件一.ppt

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1、无忧PPT整理发布晶体光学与岩石学晶体光学与岩石学无忧PPT整理发布第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础无忧PPT整理发布第一节第一节 光学基础知识光学基础知识光的波动性光的波动性 1、光是一种电磁波。光既有粒子性，又、光是一种电磁波。光既有粒子性，又 有波动性。有波动性。2、光波是一种横波，光波的振动方向垂、光波是一种横波，光波的振动方向垂 直传播方向。直传播方向。3、解释光学现象：偏光显微镜无忧PPT整理发布单色光与白光、自然光与偏光单色光与白光、自然光与偏光单色光：波长为某一定值或某一窄小范围的光。单色光：波长为某一定值或某一窄小范围的光。钠光灯产生的黄光，波长：钠光灯产生的黄光，波长

2、：589.3nm589.3nm白光：是由白光：是由7 7种基本单色光混合的光，如常见的日种基本单色光混合的光，如常见的日光、白炽灯光，平均波长：光、白炽灯光，平均波长：580nm580nm自然光：在垂直光波传播方向的平面内各个方向自然光：在垂直光波传播方向的平面内各个方向上都有等振幅的光振动，如：实际光源上都有等振幅的光振动，如：实际光源偏光偏光偏光偏光：在垂直光波传播方向的某一个固定方向上：在垂直光波传播方向的某一个固定方向上振动的光波振动的光波。晶体光学研究中主要应用偏光晶体光学研究中主要应用偏光无忧PPT整理发布光的折射与折射率光的折射与折射率1、光光的的折射现象折射现象2、折射定律：折

3、射定律：Vi/Vr=sini/sinr=Ni真空或空气矿物等法线r无忧PPT整理发布 3 3、折射率的几个问题：折射率的几个问题：折射率的几个问题：折射率的几个问题：N称为折射介质对入射介质的相对折射率。如果称为折射介质对入射介质的相对折射率。如果 入射介质为真空或空气，则称入射介质为真空或空气，则称N为绝对折射率，为绝对折射率，简称为折射率。简称为折射率。N与光波在介质中的传播速度成反比，即介质中与光波在介质中的传播速度成反比，即介质中 光的传播速度愈大，折射率愈小。光的传播速度愈大，折射率愈小。介质的折射率介质的折射率N与介质的密度有关。对于硅酸盐与介质的密度有关。对于硅酸盐 矿物来说，与

4、其晶体结构有关，岛状构造的橄矿物来说，与其晶体结构有关，岛状构造的橄 榄石榄石单链构造的辉石单链构造的辉石层状构造的云母，层状构造的云母，N递递 减。减。无忧PPT整理发布光性均质体和光性非均质体光性均质体和光性非均质体1 光光性性均质均质体体（光学性质各个方向相同光学性质各个方向相同）光波在均质体中传播时，无论在任何方向振光波在均质体中传播时，无论在任何方向振 动，传播速度与折射率值不变。动，传播速度与折射率值不变。光波入射均质体发生单折射现象，不发生双折光波入射均质体发生单折射现象，不发生双折 射也不改变入射光的振动性质。入射光为自然射也不改变入射光的振动性质。入射光为自然 光，折射光仍为

5、自然光。入射光为单偏光，折光，折射光仍为自然光。入射光为单偏光，折 射光仍为单偏光。射光仍为单偏光。包括一切非晶质物质和等轴晶系的矿物萤石、包括一切非晶质物质和等轴晶系的矿物萤石、金刚石、石榴石等金刚石、石榴石等根据光波在不同物质中根据光波在不同物质中的传播特征不同，自然的传播特征不同，自然界的物质可分两类界的物质可分两类无忧PPT整理发布2 光光性性非均质非均质体体（光学性质随方向而异光学性质随方向而异）光波在非均质体中传播时，传播速度随振动光波在非均质体中传播时，传播速度随振动方向的不同而改变，相应的折射率也随之改变，方向的不同而改变，相应的折射率也随之改变，即非均质体具有多个折射率。即非

6、均质体具有多个折射率。光波入射非均质体，除光波入射非均质体，除特殊方向特殊方向特殊方向特殊方向以外，都会以外，都会发生双折射和偏光化。发生双折射和偏光化。分解成振动方向垂直，分解成振动方向垂直，传播速度不同的两种偏光。传播速度不同的两种偏光。其中之一振动方向垂其中之一振动方向垂直光轴，称为常光（直光轴，称为常光（o），另一偏光的振动方向），另一偏光的振动方向垂直常光的振动方向称为非常光（垂直常光的振动方向称为非常光（e）.这两种偏光的折射率的差值称为双折射率。这两种偏光的折射率的差值称为双折射率。石英、刚玉、锆石、橄榄石、绿石英、刚玉、锆石、橄榄石、绿柱石；方解石、角闪石、长石等柱石；方解石、

7、角闪石、长石等 光波入射非均质体，改变其振动特点，分解成光波入射非均质体，改变其振动特点，分解成为振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率为振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两条偏振光，这种现象就称为双折射。不等的两条偏振光，这种现象就称为双折射。无忧PPT整理发布 光在非均质体中某一个或两个特殊方向传播光在非均质体中某一个或两个特殊方向传播时时,不发生双折射不发生双折射,这种特殊的方向这种特殊的方向,就称为光轴。就称为光轴。中级晶族有一个这样的特殊方向，称为中级晶族有一个这样的特殊方向，称为一轴晶一轴晶 低级晶低级晶族族有两个这样的特殊方向，称为有两个这样的特殊方向，称为二轴晶二轴晶

8、即矿物的轴性即矿物的轴性无忧PPT整理发布第二节第二节 光率体光率体 光光率体是率体是表示光波在晶体中传播时，光波的振表示光波在晶体中传播时，光波的振动方向与相应折射率值之间关系的光学立体图动方向与相应折射率值之间关系的光学立体图形（光性指示体）形（光性指示体）。光率体的构成：设想自晶体中心起，沿光波在光率体的构成：设想自晶体中心起，沿光波在晶体中传播的各个振动方向按一定比例截取线晶体中传播的各个振动方向按一定比例截取线段代表相应的折射率，再把各线段的端点连续段代表相应的折射率，再把各线段的端点连续的连结起来。的连结起来。球状体，各类矿物光学性质的差异，具体形态球状体，各类矿物光学性质的差异，

9、具体形态有所不同。有所不同。无忧PPT整理发布均质体的光率体均质体的光率体如石榴子石、玻璃等。如石榴子石、玻璃等。光波在均质体中传播时，无论沿任何方向振动，光波在均质体中传播时，无论沿任何方向振动，其传播速度不变，因而折射率也固定不变。其传播速度不变，因而折射率也固定不变。均质体光率体是一个圆球体。均质体光率体是一个圆球体。切面为圆切面，半径代表矿物的折射率值切面为圆切面，半径代表矿物的折射率值(N)P6 无忧PPT整理发布一轴晶矿物的光率体一轴晶矿物的光率体1、一轴晶一轴晶一轴晶一轴晶光率体的形态光率体的形态光率体的形态光率体的形态 理论：一轴晶矿物都属中级晶族，水平结晶轴的轴单位理论：一轴

10、晶矿物都属中级晶族，水平结晶轴的轴单位相等相等 在垂直在垂直c轴的水平方向上光学性质均一。轴的水平方向上光学性质均一。实验：光波振动方向与实验：光波振动方向与c轴垂直即在水平方向上振动，轴垂直即在水平方向上振动，折射率不变。这就是常光的折射率折射率不变。这就是常光的折射率No；光波振动方向；光波振动方向与与c轴平行，其折射率与轴平行，其折射率与No相差最大，这就是非常光的相差最大，这就是非常光的折射率的极端值折射率的极端值Ne；光波振动方向与；光波振动方向与c轴斜交，相应的轴斜交，相应的折射率折射率Ne No常光的折射率值；常光的折射率值；Ne非常光的折射率值。非常光的折射率值。Ne数值变化于

11、数值变化于Ne与与 No之间的非常光的折射率值之间的非常光的折射率值一轴晶的光率体是一个以一轴晶的光率体是一个以c轴轴为旋转轴的旋转椭球体为旋转轴的旋转椭球体石英：石英：光波光波1/c轴，轴，No=1.544,光波光波2c轴，双折射，分解轴，双折射，分解形成两种偏光，形成两种偏光，振动方向振动方向c轴，轴，No=1.544，振动方向，振动方向/c轴，测其轴，测其N=1.553，即，即Ne=1.553。方解石：方解石：光波光波1/c轴，轴，No=1.658,光波光波2c轴，双折射，分轴，双折射，分解形成两种偏光，解形成两种偏光，振动方向振动方向c轴，轴，No=1.658，振动方，振动方向向/c轴

12、，测其轴，测其N=1.486，即，即Ne=1.486。无忧PPT整理发布Ne No，正光性光率体正光性光率体Ne No，负光性光率体负光性光率体一轴正光性晶体（矿物）：一轴正光性晶体（矿物）：石英、锆石、锡石石英、锆石、锡石一轴负光性晶体（矿物）：一轴负光性晶体（矿物）：方解石、刚玉、电气方解石、刚玉、电气石石Ne与与No为一轴晶矿物折射率的最大值与最为一轴晶矿物折射率的最大值与最小值，称为主折射率。小值，称为主折射率。Ne与与No 之差值之差值（Ne-No）为一轴晶矿物最大双折率。）为一轴晶矿物最大双折率。无忧PPT整理发布2 2、一轴晶、一轴晶、一轴晶、一轴晶光率体的要素光率体的要素光率体

13、的要素光率体的要素 一轴晶的光率体是一个以一轴晶的光率体是一个以c轴为旋转轴的旋转轴为旋转轴的旋转椭球体，有长短不等的两个半径椭球体，有长短不等的两个半径No、Ne，也，也称两个主轴。称两个主轴。No、Ne两个主轴的长度代表一轴晶两个主折两个主轴的长度代表一轴晶两个主折射率。射率。平行光轴平行光轴Ne的切面，称为主轴面；的切面，称为主轴面；垂直垂直Ne的切面为圆切面，一轴晶光率体只有一个的切面为圆切面，一轴晶光率体只有一个无忧PPT整理发布不不发生发生双折射双折射发生双折射发生双折射无忧PPT整理发布3、一轴晶一轴晶光率体的切面特征光率体的切面特征 垂直光轴切面垂直光轴切面（一个）（一个）圆切

14、面，半径等于圆切面，半径等于No，光波垂直这种切光波垂直这种切面入射时，不发生双折射。折射率为面入射时，不发生双折射。折射率为No。无忧PPT整理发布 平行光轴切面平行光轴切面（无数个）（无数个）椭圆切面，半径分别等于椭圆切面，半径分别等于No与与Ne，光波光波垂直这种切面入射时，发生双折射，分垂直这种切面入射时，发生双折射，分解成为两条偏光，其振动方向分别平行解成为两条偏光，其振动方向分别平行椭圆切面长、短半径，其相应的折射率椭圆切面长、短半径，其相应的折射率分别等于椭圆切面的长、短半径分别等于椭圆切面的长、短半径No与与Ne，No-Ne是是一轴晶矿物最大双折率。一轴晶矿物最大双折率。无忧P

15、PT整理发布 斜交光轴切面斜交光轴切面 椭圆切面，半径分别等于椭圆切面，半径分别等于No与与Ne 光光波垂直这种切面入射时，发生双折射，波垂直这种切面入射时，发生双折射，折射率分别等于椭圆切面的长、短半径折射率分别等于椭圆切面的长、短半径No与与NeN介于介于0与最大双折率之间与最大双折率之间 光波垂直入射圆切面，不发生双折射光波垂直入射圆切面，不发生双折射光波垂直入射椭圆切面，发生双折射光波垂直入射椭圆切面，发生双折射无忧PPT整理发布无忧PPT整理发布二轴晶矿物的光率体二轴晶矿物的光率体1、二轴晶二轴晶二轴晶二轴晶光率体的形态光率体的形态光率体的形态光率体的形态 如如橄榄石、透辉石、斜长石

16、橄榄石、透辉石、斜长石的光率体。的光率体。低级晶族矿物中都有三个相互垂直的方向，低级晶族矿物中都有三个相互垂直的方向，光波沿着这三个方向振动其相应的折射率是光波沿着这三个方向振动其相应的折射率是晶体的三个主折射率晶体的三个主折射率Ng、Nm、Np，其中，其中Ng Nm Np。二轴晶光率体是以二轴晶光率体是以Ng、Nm、Np为半径为半径的三轴不等的椭球体。的三轴不等的椭球体。无忧PPT整理发布以黄玉为例说明二轴晶光率体的构成以黄玉为例说明二轴晶光率体的构成让光波垂直让光波垂直a a、c c轴切面，即沿着轴切面，即沿着b b轴入射，双折轴入射，双折射，两偏光，其一振动方向射，两偏光，其一振动方向/

17、a,/a,NpNp=1.619,=1.619,另一另一振动方向振动方向/c,Ng=1.628,/c,Ng=1.628,分别以分别以a a、c c轴半径方向，轴半径方向，以以NpNp、NgNg为长度，作出一个垂直光波入射方向的为长度，作出一个垂直光波入射方向的椭圆切面；椭圆切面；让光波垂直让光波垂直a a、b b轴切面，即沿着轴切面，即沿着c c轴入射轴入射Nm=1.622让光波垂直让光波垂直b b、c c轴切面，即沿着轴切面，即沿着a a轴入射轴入射斜方晶系斜方晶系无忧PPT整理发布2 2、二轴晶二轴晶二轴晶二轴晶光率体的要素光率体的要素光率体的要素光率体的要素三个主轴：三个主轴：Ng、Nm、

18、Np 三个主轴面：三个主轴面：Ng Np、Ng Nm、NmNp 两个圆切面：两个圆切面：两个光轴两个光轴OA:光波沿着这个方向入射，不发生双折射，光波沿着这个方向入射，不发生双折射，对应切面为圆切面，二轴晶有两个光轴。对应切面为圆切面，二轴晶有两个光轴。一个光轴面一个光轴面:包括两根光轴的面包括两根光轴的面光轴角光轴角2V:两个光轴之间的锐角两个光轴之间的锐角锐角等分线锐角等分线Bxa:两个光轴之间的锐角等分线两个光轴之间的锐角等分线钝角等分线钝角等分线Bxo:两个光轴之间的钝角等分线两个光轴之间的钝角等分线 Ng、Nm、Np代表这类矿物大、中、小三个主折代表这类矿物大、中、小三个主折射率。递

19、变于射率。递变于Ng与与Nm之间的折射率值用之间的折射率值用Ng表示，表示，递变于递变于Nm与与Np之间的折射率值用之间的折射率值用Np表示表示无忧PPT整理发布正光性正光性:Ng-NmNm-Np 或或 Bxa=Ng,Bxo=Np负光性负光性:Ng-NmNm-Np 或或 Bxa=Np,Bxo=Ng 无忧PPT整理发布3、二轴晶二轴晶光率体的切面特征光率体的切面特征 垂直光轴切面垂直光轴切面 圆切面，半径等于圆切面，半径等于Nm，光波垂直这光波垂直这种切面入射时，不发生双折射。折射率种切面入射时，不发生双折射。折射率为为Nm。无忧PPT整理发布 平行光轴面切面平行光轴面切面 椭圆切面，半径分别等

20、于椭圆切面，半径分别等于Ng与与Np，光波光波垂直这种切面入射时，发生双折射，双折射垂直这种切面入射时，发生双折射，双折射率等于椭圆半径之差率等于椭圆半径之差，Ng-Np是二轴晶矿物是二轴晶矿物最大双折率。最大双折率。其它切面其它切面 椭圆切面，发生双折射，长、短半径不椭圆切面，发生双折射，长、短半径不同。同。无忧PPT整理发布垂直Bxa的切面：正光性晶体相当与主轴面的切面：正光性晶体相当与主轴面NmNp，负光性晶体相当与主轴面负光性晶体相当与主轴面Ng Nm，双，双折率分别是？大小介于？折率分别是？大小介于？垂直Bxo的切面：的切面：无论正负，无论正负，垂直垂直Bxa切面的双折率总是小于切面

21、的双折率总是小于垂直垂直Bxo切面的双折率切面的双折率无忧PPT整理发布斜交切面斜交切面1 半任意切面：垂直主轴面的斜交切面，椭半任意切面：垂直主轴面的斜交切面，椭圆半径长度总有一个是主轴圆半径长度总有一个是主轴Ng或或Nm或或Np，另一个是，另一个是Ng 或或Np。（垂直光轴的圆切。（垂直光轴的圆切面是这类切面的特殊类型面是这类切面的特殊类型）2 任意切面：椭圆半径长度分别是任意切面：椭圆半径长度分别是Ng 和和Np 无忧PPT整理发布无忧PPT整理发布第三节第三节 光性方位光性方位 光性方位：光率体主轴与晶体结晶轴之间的关系。光性方位：光率体主轴与晶体结晶轴之间的关系。中级晶簇光性方位：中级晶簇光性方位：Z晶轴与晶轴与Ne一致。一致。低级晶簇光性方位：低级晶簇光性方位：斜方晶系：三个主轴与三个结晶轴一致。如黄玉。斜方晶系：三个主轴与三个结晶轴一致。如黄玉。单斜晶系：单斜晶系：Y晶轴与光率体三个主轴之一重晶轴与光率体三个主轴之一重 合，其合，其 余斜交。如透闪石。余斜交。如透闪石。三斜晶系：光率体三个主轴与三个结晶轴斜交。三斜晶系：光率体三个主轴与三个结晶轴斜交。如斜长石。如斜长石。