第1章晶體光學基礎d

1、引言引言透明礦物透明礦物不透明礦物不透明礦物 第一節(jié) 光的性質波長單位通常用納米波長單位通常用納米(nm)或?；虬? )，常用長度單位，常用長度單位的換算關系為：的換算關系為： 1 m (米米) =103 mm (毫米毫米) =106 m (微米微米) =109 nm (納米納米) =1010 (埃埃)關于光的有關參數和公式關于光的有關參數和公式:光速光速c = 3 105 km/s (每秒每秒30萬萬km)E =m c 2 E代表能量代表能量 m代表質量代表質量 c代表光速代表光速 c =f 或或 f = c / f 頻率頻率Hz 每秒振動次數每秒振動次數, 單位單位 s-1 波長波長, 單

2、位單位nm光量子光量子E= hf h普朗克常數普朗克常數光子動量光子動量p=mc能量能量增大增大可見光譜在真空中的波長(nm) 第二節(jié)第二節(jié) 自然光和偏光自然光和偏光 截面為圓，半徑為振幅截面為圓，半徑為振幅根據光波振動的特點，可以把光分為根據光波振動的特點，可以把光分為自然光和偏光。自然光和偏光。1. 1. 自然光：自然光：指直接由太陽或光源發(fā)出指直接由太陽或光源發(fā)出的、在垂直于光波傳播方向的平面內作任的、在垂直于光波傳播方向的平面內作任意方向、意方向、等振幅等振幅振動的光。振動的光。2. 2. 偏光偏光偏光偏光自然光經過反射、折射、雙折射或自然光經過反射、折射、雙折射或選擇性吸收等作用后，

3、可以轉變?yōu)檫x擇性吸收等作用后，可以轉變?yōu)橹辉谝恢辉谝粋€方向上振動個方向上振動的光波，稱為偏振光或偏光。的光波，稱為偏振光或偏光。振動面振動面偏光振動方向與傳播方向所構成偏光振動方向與傳播方向所構成的平面稱為振動面。的平面稱為振動面。3. 3. 偏光化作用偏光化作用偏光化作用偏光化作用將自然光轉變?yōu)槠獾淖饔?。將自然光轉變?yōu)槠獾淖饔谩＞w光學研究：晶體光學研究： 偏光顯微鏡巖石礦物薄片觀察偏光下的特征偏光顯微鏡巖石礦物薄片觀察偏光下的特征攝影方面攝影方面：過濾雜光濾光片，只讓某一方向的光通過過濾雜光濾光片，只讓某一方向的光通過就是偏光化就是偏光化作用作用過濾雜色濾色片，只讓某種顏色光通過，如藍

4、色，大海和過濾雜色濾色片，只讓某種顏色光通過，如藍色，大海和天空天空第三節(jié)幾何光學的三大定律第三節(jié)幾何光學的三大定律 、全反射及色散全反射及色散1. 光的直線傳播光的直線傳播 光在均勻介質中是沿直線傳播的，稱為光在均勻介質中是沿直線傳播的，稱為光的直線傳播定律光的直線傳播定律(如陽光照進房里、夜如陽光照進房里、夜間手電筒的亮光傳播間手電筒的亮光傳播) (1) 定義：定義：光線從一光線從一種介質進入另一種種介質進入另一種介質，在界面處傳介質，在界面處傳播方向便會發(fā)生改播方向便會發(fā)生改變，即入射光線和變，即入射光線和進入另一種介質的進入另一種介質的光線不在一條直線光線不在一條直線上，這種現象稱為上

5、，這種現象稱為光的折射光的折射(Refraction).法線法線入射角入射角 i折射角折射角 r(2) (2) 折射率折射率( (Index of refractionIndex of refraction) )定義：光在真空與其他物定義：光在真空與其他物質中傳播速度之比稱為該質中傳播速度之比稱為該物質的絕對折射率，簡稱物質的絕對折射率，簡稱折射率折射率NN物質物質：NN物質物質=V V 真空真空V V 物質物質NN真空真空=1， NN空氣空氣=1.0003自然界一切自然界一切NN=1(3)(3)折射定律折射定律 ： 當光線由光密介質當光線由光密介質B射入光疏介質射入光疏介質A，如，如果入射角

6、增至一定角果入射角增至一定角度，使折射角等于度，使折射角等于90，這個入射角稱，這個入射角稱為為全反射全反射(Total reflection) 臨界角臨界角，簡，簡稱臨界角稱臨界角 ；入射角大；入射角大于臨界角的所有入射于臨界角的所有入射光線均發(fā)生全反射。光線均發(fā)生全反射。 i = , r=90i , 全反射全反射 例如：寶石加工，例如：寶石加工，金剛石金剛石 2420i = , r=90i , 全反射全反射入射光折射光法線臨界角全內反射光G Ge em m s st t o on n e e Sir390r770O=770nm=390nm要要 點點入射光折射光法線臨界角全內反射光Diamo

7、nd 均質體均質體各方向相同各方向相同，稱為，稱為光性均質體光性均質體非均質體非均質體隨方向隨方向而變化，稱為光性非均質體而變化，稱為光性非均質體。第四節(jié)第四節(jié) 光在均質體與非均質體中的傳播光在均質體與非均質體中的傳播2. 2. 光性非均質體光性非均質體( (各向異性介質各向異性介質) ) (1) (1) 定義：光波射入時，其傳播速度隨振動定義：光波射入時，其傳播速度隨振動方向不同而發(fā)生變化，因而其折射率值也因方向不同而發(fā)生變化，因而其折射率值也因振動方向不同而改變，這樣的物質稱為光性振動方向不同而改變，這樣的物質稱為光性非均質體，簡稱非均質體，簡稱非均質體非均質體。非均質體的折射率不只是一個

8、，而是兩個或非均質體的折射率不只是一個，而是兩個或三個。三個。(2) (2) 雙折射雙折射當光波射入非均質體后，除特殊方向當光波射入非均質體后，除特殊方向以外一般都將分解成兩束折射率不等、以外一般都將分解成兩束折射率不等、振動方向互相垂直、速度不等的偏光，振動方向互相垂直、速度不等的偏光，這種現象稱為這種現象稱為雙折射雙折射現象。現象。一切具有雙折射特征的介質均稱為光一切具有雙折射特征的介質均稱為光性非均質體，雙折射是光波通過非均質性非均質體，雙折射是光波通過非均質體的普遍特征。體的普遍特征。 (3) 雙折射率（雙折率）雙折射率（雙折率）光波射入一軸晶礦物（非均質礦物）時，光波射入一軸晶礦物（

9、非均質礦物）時，發(fā)生雙折射并分解形成兩種偏光發(fā)生雙折射并分解形成兩種偏光:常常 光光o ordinary, 方向垂直方向垂直C軸軸, 其傳播其傳播速度和相應速度和相應N不變不變折射率為折射率為No非常光非常光e extraordinary,平行平行C軸與傳播軸與傳播方向構成的平面方向構成的平面, 且振動方向不同且振動方向不同,速度速度和和N不同不同折射率為折射率為Ne兩種偏光的折射率值之差，稱為雙折射率。兩種偏光的折射率值之差，稱為雙折射率。如冰洲石測得折射率為如冰洲石測得折射率為No=1.658, Ne=1.486，兩種折射率值之差為兩種折射率值之差為0.172，此值即為冰，此值即為冰洲石的雙折率值。洲石的雙折率值。 最大雙折射率最大雙折射率(4) 光性與晶族的關系光性與晶族的關系 三方晶系冰洲石，水晶三方晶系冰洲石，水晶 中級晶族（一軸晶）中級晶族（一軸晶） 四方晶系鋯石四方晶系鋯石 六方晶系綠柱石，磷灰石六方晶系綠柱石，磷灰石 斜方晶系斜方晶系Ol 低級晶族（