晶體光學(xué)基礎(chǔ)與單偏光系統(tǒng)課件

1、巖礦綜合鑒定1.晶體光學(xué) 康維國等，晶體光學(xué).長春: 東北師范大學(xué)出版社,1993 2.光性礦物學(xué) 常麗華, 陳曼云等.透明礦物薄片鑒定手冊.北京: 地質(zhì)出版社,2006 北京大學(xué)地質(zhì)系.光性礦物學(xué).北京:地質(zhì)出版社1979.3. 巖石學(xué) 路鳳香，桑隆康 主編. 巖石學(xué). 北京：地質(zhì)出版社，2001 林景仟 主編. 火成巖巖類學(xué)與巖理學(xué). 北京：地質(zhì)出版社，1995 姜在興 主編. 沉積學(xué). 石油工業(yè)出版社，2003 賀同興, 李樹勛等. 變質(zhì)巖巖石學(xué). 北京: 地質(zhì)出版社，1988必備參考書晶體光學(xué)及光性礦物學(xué) (Crystal Optics and Optical Mineralogy)晶

2、體光學(xué)是借助偏光顯微鏡來研究可見光通過透明礦物晶體所產(chǎn)生的光學(xué)現(xiàn)象（顏色、折射、雙折射、干涉等）及其規(guī)律的一門科學(xué)。教學(xué)參考書康維國，梁萬通，劉亞琴. 晶體光學(xué). 長春: 東北師范大學(xué)出版社，1993.李德惠. 晶體光學(xué). 北京: 地質(zhì)出版社，1984北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系巖礦室. 光性礦物. 北京: 地質(zhì)出版社, 1979孟慶麗. 光性礦物學(xué)簡明教程. 北京: 地質(zhì)出版社, 1985長春地質(zhì)學(xué)院實驗中心. 透明礦物薄片鑒定(二). 校內(nèi)教材, 1975 6 常麗華，陳曼云等. 透明礦物薄片鑒定手冊.北京: 地質(zhì)出版社, 2006第一章 晶體光學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 光的基本性質(zhì)第二節(jié) 光在晶體中的傳播第三節(jié)

3、 光率體第四節(jié) 光性方位10-11101031051071091012101510-5波長（n m）射線射線紫外線可見光紅外線短無線電波廣播波段長無線電波可見光放大紅橙黃綠藍(lán)靛紫390（n m）430460500570590650770第一節(jié) 光的基本性質(zhì)自然光和偏振光自然光: 在垂直光波傳播方向的斷面內(nèi)，光波作任意方向的振動，且振幅相等.偏振光： 在垂直光波傳播方向的斷面內(nèi)，光波只在某一固定方向上振動(只有一個振動面)。自然光轉(zhuǎn)化為偏振光的過程稱偏振化。第一節(jié) 光的基本性質(zhì)光的折射與介質(zhì)的折射率N 1-2 ： 第二介質(zhì)對第一介質(zhì)的相折率。若第一介質(zhì)為真空，則N 1-2 為介質(zhì)的(絕對)折射律

4、（N）。N 1。 N ：微觀特征的宏觀反映；物質(zhì)的固有屬性；重要的光數(shù)。=N 1-2 Sin Sin VBVANANB=MVA玻璃塊B NB=2.00空氣A NA=1.00NOPPVB第一節(jié) 光的基本性質(zhì)全反射與全反射臨界角=N 1-2 Sin Sin VBVANANB=根據(jù)可知當(dāng)光波從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時, 入射角總是小于折射角 , 當(dāng) = 90 0 時, = , 此時入射角稱為全反射臨界角.當(dāng)入射角 時, 折射光波不再進(jìn)入折射介質(zhì)而全部返回到入射介質(zhì), 這種能量的突變稱為全反射.空氣B NB=2.00abcOABCDEde玻璃塊A NA=2.0090全反射與臨界角示意圖光波在均質(zhì)體中傳

5、播示意圖A-自然光B-偏光第二節(jié) 光在晶體中的傳播光性非均質(zhì)體 特點：光學(xué)性質(zhì)因方向不同而改變。 包括：中級晶族和低級晶族 的礦物。 光波在非均質(zhì)體介質(zhì)中的傳播特點： （1） 光波傳播速度因在晶體中的振動方向不同而發(fā)生改變。因而非均質(zhì)體的折射率也因光波在晶體中的振動方向不同而改變。即非均質(zhì)體的折射率值有許多個。 （2）光波進(jìn)入光性非均質(zhì)體后，除特殊方向外，都要發(fā)生雙折射。相關(guān)術(shù)語解釋見下頁兩種偏光折射率值之差稱為雙折射率. 雙折射率 光 軸光波沿非均質(zhì)體的特殊方向入射時，不發(fā)生雙折射，這種特殊的方向稱為光軸。中級晶族具有一個這樣的特殊方向，稱為一軸晶礦物；低級晶族具有兩個這樣的特殊方向，稱為二

6、軸晶礦物。第三節(jié) 光率體1. 光率體的由來 晶體光學(xué)中的許多現(xiàn)象都與光波的振動方向與相應(yīng)折射率值有 關(guān)，為了更好地反映光波的振動方向與相應(yīng)折射率值之間的關(guān) 系，引入了物理學(xué)中的光率體的概念。2. 光率體的概念 表示光波在晶體中傳播時, 折射率值隨光波振動方向變化的一 種立體幾何圖形或一種光性指示體。3. 光率體的作法: 設(shè)想自晶體中心起，沿光波振動方向按比例截取相應(yīng)的折射率 值 ，再把各個線段的端點連接起來便構(gòu)成了光率體.第三節(jié) 光率體4. 均質(zhì)體光率體 傳播速度不因振動方向不同而發(fā)生改變, 即折射率值各方向相等.光率體是一個球體，球體的半徑代表該晶體的折射率.第三節(jié) 光率體5. 一軸晶光率體

7、 5.1 推導(dǎo)A.光波沿 C 軸方向射入晶體, 得到一半徑為No的圓切面。B.光波垂直 C 軸射入晶體，得 到一包含 Z軸且半徑分別為 Ne和No的橢圓切面。C. 聯(lián)系上面兩個切面特征可以 得到一軸晶光率體的構(gòu)成。第三節(jié) 光率體5. 一軸晶光率體 5.2 主要特征（1）一軸晶光率體是一個以C軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體.（2）直立軸(旋轉(zhuǎn)軸)永遠(yuǎn)是Ne,水平軸永遠(yuǎn)是No. （3）Ne和No代表一軸晶光率體最大與最小折射率值，稱為主折射率。其它方向的折射率大小介于Ne和No之間，代號Ne。Ne與No的差值為一軸晶礦物的最大雙折射率。（4）若 Ne No，稱為正光性 ；若NeNo, 稱為負(fù)光性 。第三節(jié)

8、 光率體5. 一軸晶光率體 5.2 主要切面類型及特征（1）垂直光軸切面 （2）平行光軸切面（3）斜交光軸切面 各個切面特征見圖示6. 二軸晶光率體 1.6511.715b=Npca=Ngc1.6801.651ac=Nmb=Npa1.6801.715ba=Ngc=NmbNg（a） Np（b） Nm（c） 第三節(jié) 光率體6.1 推導(dǎo)（略）第三節(jié) 光率體6. 二軸晶光率體 (1) 三軸不等的橢球體。(2) 三個光學(xué)主軸（Ng、Nm、Np軸）。(3) Ng、Nm、Np（三個主折射率且 Ng Nm Np）。(4) 三個主軸面(彼此之間互相垂直)。(5) 兩根光軸(OA)。6.2 主要特征（要素）6.

9、二軸晶光率體 6.4 主要切面類型及特征第三節(jié) 光率體(1)垂直光軸切面 （OA）(2) 平行光軸面切面（/AP） (3) 垂直Bxa切面：（+）NmNp面 （）NgNm面 (4) 垂直Bxo切面：（+）NgNm面 （）NmNp面 (5) 斜交切面：NgNp面各個切面特征見圖示NmNmNgNpNmNmNgNpNgNgNg=BxaNp=BxaOANmNpNpOAOAOAOAOAOAOANmNpNmNgOA切面AP切面Bxa（+）切面Bxa（）切面NmNmNmNmNgNpNmNmNgNpNgNgNgNgNgNgNpNpNpNmNmNpNpNgBxo（+）切面Bxo（）切面AP的斜交（+）任意斜交（

10、+） 指光率體在晶體中的位置，即光率體主軸（No、Ne軸或Ng、 Nm、Np軸）與結(jié)晶軸（a、b、c軸）之間的相互關(guān)系.第四節(jié) 光性方位1.高級晶族：可不考慮其光性方位問題.2.中級晶族（一軸晶）：結(jié)晶軸C軸與光軸Ne軸一致。3.低級晶族（二軸晶）：（1）斜方晶系（三個主軸分別平行結(jié)晶軸）（2）單斜晶系（晶體的b軸與三個主軸之一平行）（3）三斜晶系（三個主軸與三個結(jié)晶軸均斜交）中級晶族光性方位示意圖結(jié)晶軸C軸與光軸Ne軸一致斜方晶系(左)單斜晶系(右)光性方位示意圖三個主軸與三個結(jié)晶軸重合結(jié)晶軸b與三個主軸之一重合三個主軸與三個結(jié)晶軸斜交三斜晶系光性方位示意圖第二章 偏光顯微鏡一. 偏光顯微鏡

11、的構(gòu)成機械系統(tǒng). 光學(xué)系統(tǒng). 附件(一). 機械系統(tǒng)主要部件(1). 鏡座與鏡臂: 支撐顯微鏡及連接光源,物臺,鏡筒 .(2). 鏡筒: 連接目鏡和物鏡的部件. (3). 物鏡轉(zhuǎn)換器: 用于安裝,選擇不同倍數(shù)的物鏡.(4). 載物臺: 放置薄片用的可3600轉(zhuǎn)動的圓形平臺(5). 焦準(zhǔn)設(shè)備(升降系統(tǒng)): 分粗調(diào)和微調(diào).調(diào)節(jié)焦距.(6). 聚光鏡架:連接聚光鏡,下偏光鏡,上鎖光圈等的部件(7). 上,下鎖光圈: 控制光的通過量.一. 偏光顯微鏡的構(gòu)成(二). 光學(xué)系統(tǒng)主要部件(1). 光源: 分為自然光源和人工光源.(2). 下偏光鏡: 在聚光鏡架底部,作用是把自然光轉(zhuǎn)變?yōu)槠?(3). 聚光鏡

12、:在聚光鏡架上部. 作用是把偏光轉(zhuǎn)變?yōu)殄F光.(4). 物鏡: 由多組透鏡組成,連接在物鏡轉(zhuǎn)換器上,是決定放大 倍 數(shù)及成像質(zhì)量的重要部件.按放大倍數(shù)分為三類: 高倍鏡 40 100 中倍鏡 10 20 低倍鏡 2.5 4 有關(guān)術(shù)語:前透鏡,后透鏡,孔徑角,數(shù)值孔徑一. 偏光顯微鏡的構(gòu)成(二). 光學(xué)系統(tǒng)主要部件(5). 目鏡:由眼透鏡和場透鏡組成.目鏡中附有十字絲.倍數(shù) 有10 和8 兩種.(6). 上偏光鏡: 位于目鏡和物鏡之間.振動方向與下偏光鏡 振動方向垂直.可自由的推入或拉出.(7). 勃氏鏡:位于目鏡和上偏光鏡之間,可自由的推入或出, 與聚光鏡和高被鏡配合使用.(三). 附件 必備附

13、件:石膏試板(), 云母試板(/4),石英楔(1-3級)二.偏光顯微鏡的調(diào)節(jié)與校正(1). 選擇并裝配物鏡和目鏡.(2). 焦準(zhǔn).(3). 物鏡中心的校正.(4).下偏光鏡的檢查.(5).上偏光鏡的檢查三.偏光顯微鏡的養(yǎng)護(P40)第二章 偏光顯微鏡第三章 單偏光系統(tǒng)下晶體的光學(xué)性質(zhì)單偏光系統(tǒng)的構(gòu)成 在只使用下偏光鏡(起偏鏡)的情下， 觀察和測定礦物的光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)。單偏光系統(tǒng)的光路圖 (附圖說明）單偏光系統(tǒng)光波通過晶體的光路圖其它切面: PP與晶體光率體橢圓半徑之一平行均質(zhì)體或非均質(zhì)體垂直光軸切面下偏光鏡PP下偏光鏡晶體切片PP下偏光鏡晶體切片PP晶體切片下偏光鏡其它切面: PP與晶體光率體

14、橢圓半徑斜交主要內(nèi)容礦物的直觀（外表）特征 （形態(tài)、解理等）與礦物吸收性有關(guān)的光學(xué)性質(zhì): （顏色、多色性、吸收性等）與礦物折射率有關(guān)的光學(xué)性質(zhì) （突起、閃突起、 糙面、邊緣、貝克線、色散線等）一. 礦物的形態(tài)(1) 控制因素： 礦物成分,內(nèi)部結(jié)構(gòu),物化條件,晶出順序. (2) 觀察內(nèi)容： a.自形程度：自形晶,半自形晶,它形晶. b.單體形態(tài)：粒狀,針狀,板（條）狀、柱狀、片狀 c.集合體形態(tài)：纖維狀,放射狀,球粒狀,網(wǎng)狀,交生狀,雛晶狀(3) 觀察方法 綜合不同切面特征,正確判斷礦物的單體形態(tài)一. 礦物的形態(tài)同一單體不同切面形態(tài)示意圖二. 解理及解理夾角解理在薄片中的表現(xiàn)形式 沿一定的方向平

15、行排列的細(xì)縫(解理縫)。縫中為樹膠所充填，因礦物的折射率與樹膠不同而使解理縫得以顯現(xiàn)。解理等級的劃分 (1) 極完全解理：解理縫細(xì)而密集,貫穿整個晶體。 (2) 完全解理：解理縫清楚，縫較稀，不完全貫穿晶體。 (3) 不完全解理：解理縫寬而稀疏,不清楚,斷續(xù)通過晶 注意解理與礦物裂紋的區(qū)別二. 解理及解理夾角影響解理縫清晰程度的因素(1)礦物解理的完善程度。(2)切片的方向。(3)礦物折射率和加拿大 樹膠折射率差值。該 差值決定了解理縫的 可見臨界角。aba解理縫寬度與切片方向變化示意圖 判斷解理等級和組數(shù)時, 注意綜合觀察多種切片.二. 解理及解理夾角解理夾角的測定 1、切片方向的選擇ACB

16、DEHFGK=606060選擇同時垂直兩組解理面的切片。 特征是兩組解理縫最細(xì)最清楚，當(dāng)解理縫平行目鏡十字絲時，微微升降鏡筒，兩組解理縫不左右移動。二. 解理及解理夾角解理夾角的測定2、解理夾角的測定步驟（1）選擇顆粒，置于視域心；（2）轉(zhuǎn)動物臺使一組解理縫平行目鏡十字絲縱絲 (圖A)，讀取此時載物臺刻度盤上的度數(shù)a；（3）再轉(zhuǎn)動物臺，使另一組解理縫平行目鏡十字 絲縱絲，讀取此時載物臺刻度盤上的度數(shù)b； (圖B), a與b之差即為所測解理夾角。二. 解理及解理夾角解理夾角的測定2、解理夾角的測定步驟圖A圖B解理夾角的測定步驟示意圖三. 顏色、多色性和吸收性顏色: 指在單偏光鏡下，白光透過晶體后

17、所呈現(xiàn)出來的顏色。礦物的顏色是晶體礦物對不同色光選擇性吸收的結(jié)果，是未被晶體吸收的部分色光的混合色（服從互補色原則）。 注意:薄片中的顏色與手標(biāo)本顏色的區(qū)別三. 顏色、多色性和吸收性多色性和吸收性現(xiàn)象:在單偏光鏡下，某些非均質(zhì)體礦物的顏色隨物臺轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為多色性。顏色深淺的變化成為吸收性。成因:非均質(zhì)體礦物非垂直光軸切片，各方向的光學(xué)性質(zhì)不同，對光波的選擇性吸收及吸收總強度也隨方向而變化。三. 顏色、多色性和吸收性多色性和吸收性表達(dá)方式：多色性公式 A 和吸收性公式 B （圖示） A: Ne= ?(淺紫色) No=?(深藍(lán)色)或 Ng=? Nm=? Np=? B: Ne No(

18、正吸收)或 Ng Nm Np(正吸收)。影響因素：礦物本身性質(zhì)、切片方向、薄片厚度。NoNePPNoNePPNoNePPPPNeNoNoPPNoNeNePPNeNoNoNe多色性公式:, Ne = 淺紫色, No = 深藍(lán)色； 吸收性公式: No Ne電氣石平行Z軸切面的多色性和吸收性示意圖A: Ne平行PPB: No平行PPC: Ne,No斜交PP四.與礦物折射率有關(guān)的光學(xué)性質(zhì) 邊緣、貝克線、糙面、突起、閃突起1、突起（1）表現(xiàn)形式: 在薄片中觀察礦物時，不同礦物的表面有高低不平 的感覺，這種現(xiàn)象稱為突起。（2）產(chǎn)生原因: 不同礦物的折射率與樹膠的折射率的差值不同，像點的位置就會高低不一樣。（3）等級分類:礦物的折射率大于樹膠的折射率時，稱為正突起。礦物的折射率小于樹膠的折射率時，稱為正突起。具體劃分為六個等級(見表3-1)。突起等級折射率糙面及邊緣特征實例負(fù)高突起 1.48糙面及邊緣顯著,提升鏡筒,貝克線移向樹膠.螢石負(fù)低突起1.48-1.54表面光滑, 邊緣不清楚,提升鏡筒, 貝克線移向樹膠.正長石正低突起1.541.60表面光滑, 邊緣不清楚,提升鏡筒, 貝克線移向礦物.石英正中突起1.601.66表面略顯粗糙,邊緣清楚顯著.透閃石正高突起1.661.78糙面顯著,邊緣寬而明顯.輝石極高突起 1.78糙面極其顯著,邊緣很寬