晶體光學基礎及偏光顯微鏡薄片研究課件

1、College of Civil Engineering Hunan University-偏光顯微鏡材料研究方法 湖南大學土木工程學院2022/10/81湖南大學土木工程學院第二章材料微觀形貌學的研究透射式電子顯微鏡技術掃描電子顯微鏡電子顯微鏡舉例及應用晶體光學基礎及偏光顯微鏡反光顯微鏡晶體光學基礎及偏光顯微鏡一、晶體光學基礎二、偏光顯微鏡及 其光學原理三、單偏光下晶體 的光學性質 第一節(jié)晶體光學基礎一、晶體光學基礎（一）可見光波（二）自然光和偏振光（三）光線的雙折射和雙折射率第一節(jié)晶體光學基礎（一）可見光波 光是具有極小能量的光學微粒，具有微粒和波動的雙重特性,偏光顯微鏡鑒定晶體的性質就是

2、建立在光的波動性理論基礎上的，光屬于橫波的電磁波。 可見光是電磁波中波長為380780納米的一部分。第一節(jié)晶體光學基礎（二）自然光和偏振光一切從實際光源發(fā)出的原始光線（如太陽光、火光、電燈光等）稱為自然光。自然光的振動特點是光波在垂直于傳播方向均勻對稱的任意方向振動。第一節(jié)晶體光學基礎（二）自然光和偏振光第一節(jié)晶體光學基礎（二）自然光和偏振光第一節(jié)晶體光學基礎（二）自然光和偏振光 振動面呈平面的偏光稱為平面偏光 振動面是螺旋狀曲面的偏光稱為螺旋偏光。 第一節(jié)晶體光學基礎（三）光線的雙折射和雙折射率光線入射到各向異性的晶體，分裂成傳播速度不等、偏振面相互垂直的各自傳播的兩條平面偏光，這種現(xiàn)象稱為

3、光的雙折射。第一節(jié)晶體光學基礎（三）光線的雙折射和雙折射率 根據(jù)光線射入介質后是否發(fā)生雙折射，所有光線傳播介質分為均質體和非均質體兩大類。 光線射入均質體只發(fā)生折射，僅改變傳播速度而不改變光線的振動性質，自然光仍然是自然光，偏振光仍為片振面不變的偏振光。若光線由均質體介質射入非均質體介質時將發(fā)生雙折射。第一節(jié)晶體光學基礎（三）光線的雙折射和雙折射率 光線射入非均質體介質不是所有方向都發(fā)生雙折射，沿著某些特殊方向射入非均質體的光線將不發(fā)生雙折射，自然光仍然是自然光，片振光的振動面也不發(fā)生變化，此方向稱為非均質體的光軸，根據(jù)光軸將非均質體分為一軸晶和二軸晶兩類。第二節(jié)偏光顯微鏡第二節(jié)偏光顯微鏡 偏

4、光顯微鏡是一種常用的對礦物質光學特性進行研究和鑒定的重要光學儀器之一, 它的目的是檢測偏振光通過透明光學晶體材料后偏振態(tài)的變化, 通過檢測樣品的偏振特性確定樣品的結構。第二節(jié)偏光顯微鏡（一）偏光顯微鏡的構造 偏光顯微鏡：分為萊茲型和蔡司文柯型兩類 偏光顯微鏡由支架系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、物臺、放大系統(tǒng)及零件盒等部分組成。 第一節(jié) 偏光顯微鏡的構造第二節(jié)偏光顯微鏡及試樣制備偏光顯微鏡的主要光學結構是由下偏光鏡P1, 聚光鏡L1, 物鏡L2, 上偏光鏡P2 和目鏡L3 構成。L1, L2 和L3 構成一臺顯微鏡, 用于觀察礦物薄片C( 放置在AB 處) 的顯微結構, 而P1 和P2構成偏光計, 用于檢測顯

5、微鏡視場范圍內礦物C 的偏振特性，所以偏光顯微鏡是偏光計和顯微鏡的結合。單偏光指的是只使用下偏光鏡(少數(shù)只使用上偏光鏡)的平面偏光。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 單偏光光學性質根據(jù)晶體對透過光的吸收和折射而分成兩類。第一類：與晶體對光線吸收性有關的性質：透明度、顏色、多色性、吸收性等。第二類：與晶體對光線折射引起的有關性質：有突起、糙面、邊緣、貝克線等。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 1、礦物的顏色 如果礦物對白光中的各色光波同等程度吸收，透過礦物后仍為白光，稱為無色礦物。如果礦物對白光中的各色光波選擇性吸收，則透過礦片的各色光強度比例將發(fā)生變化，從而使礦片呈現(xiàn)特定的顏色。因此，顯微鏡下，礦物在

6、薄片中呈現(xiàn)的顏色是選擇性吸收的結果。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 薄片中礦物顏色的影響因素：礦物在薄片中呈現(xiàn)的顏色還與礦物的性質有密切關系，特別與某些離子有關。例如含F(xiàn)e2+，常呈淺綠色；Fe3+呈淺紅色；含Mn3+呈淺紅色。至于礦物顏色的深淺，則取決于礦物對各色光波吸收的總強度，吸收的總強度大，顏色就深，反之顏色就淺。吸收的總強度又取決于礦物本身的性質和薄片的厚度，對同一種礦物來說，薄片越厚顏色越深。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 2、多色性與吸收性 非均質體礦物的光學性質因方向不同而異，對光波的選擇吸收及吸收總強度也隨方向而異。因此在單偏光鏡下旋轉物臺時，許多非均質體礦物薄片的顏色及顏色深淺

7、要發(fā)生變化。礦片顏色變化的現(xiàn)象稱為多色性；顏色深淺變化的現(xiàn)象稱為吸收性。第二類：與晶體對光線折射引起的有關性質：薄片中晶粒與周圍介質之間的折射率不等，光線透過二者界面時將發(fā)生折射。由于薄片中所有薄片均可與折射率為1.540的加拿大樹膠接觸，后者與晶粒的相界面因光線折射將產生邊緣、糙面、突起及貝克線等光學現(xiàn)象，從而可比較晶體折射率的相對高低。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 1、礦物的邊緣與貝克線在兩種折射率不同的物質接觸處，光從一種物質射入另一種物質，必然產生折射和/或反射，使接觸界線處光線減少，而呈現(xiàn)出黑暗的邊緣。在巖石薄片中，各種礦物邊緣的粗細、明暗程度，取決于礦物折射率與樹膠折射率差值的大小

8、。二者間差值越大，礦物的邊緣越粗，越暗。反之，則邊緣細而不明顯。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 在礦物邊緣附近常可以見到一條比較明亮的細線，升降物臺，亮線發(fā)生移動，這條亮線稱為貝克線。 貝克線的形成與相鄰兩種物質折射率不同有關，二者折射率相差越大，貝克線越顯著，反之貝克線越微弱。兩物質折射率相等，則貝克線消失。 升降物臺時，貝克線發(fā)生移動。基本規(guī)律為：下降物臺，貝克線向折射率大的方向移動，上升物臺，貝克線向折射率小的方向移動，以此可以用來確定相鄰兩種物質的相對折射率大小。2、礦物的糙面 在單偏光下觀察不同礦物的表面時，可以看到某些礦物表面比較光滑，某些礦物表面顯得較為粗糙呈麻點狀，好象粗糙皮革一

9、樣，這種現(xiàn)象稱為糙面。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 糙面產生的主要原因是：礦物薄片表面常表現(xiàn)為顯微狀的凹凸不平，覆蓋在礦片之上的加拿大樹膠折射率又與礦片折射率不同。當光線通過二者之間的界面時，發(fā)生折射，甚至全反射作用，致使礦物表面的光線集散不一，而顯得明暗程度不相同，給人以粗糙的感覺。 顯然，糙面的明顯程度取決于礦物折射率與樹膠折射差值的大小及礦物表面的光滑程度。一般是二者折射率差值愈大，礦物表面的光滑程度愈差，其糙面愈明顯。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 3、礦物的突起 薄片中有的礦物表面顯得高，有的顯得低，這種表面似乎高低不平的現(xiàn)象稱為礦物的突起。突起的現(xiàn)象只是一種感覺，它是由于薄片中的礦物與樹膠之間有不同的折射率差值引起的。差值愈大，突起的現(xiàn)象愈顯著。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 突起的高低取決于礦物與樹膠折射率差值的大小。礦物的折射率大于樹膠，為正突起，下降物臺，貝克線向礦物方向移動。若礦物折射率小于樹膠，為負突起，下降物臺，貝克線向樹膠方向移動。在實際鑒定工作中，此點極為重要。 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 第三節(jié) 單偏光下晶體的光性 4、閃突起 在單偏光