晶體光學1課件

晶體光學教材：晶體光學（第二版）晶體光學主要是研究可見光通過透明礦物晶體時的一些光學現象及其變化規(guī)律。由于不同的晶體其光學性質不同，從而可以從其不同的光學特征綜合研究，達到鑒定礦物的目的，是透明礦物鑒定的基礎。主編：李德惠出版：地質出版社中南大學地球科學與信息物理學院課程特點：基礎性、實用性、不可替代性。教學方式：強調課堂教學與實驗相結合，重在實踐。預備知識：普通物理學（光學部分）、結晶學與礦物學后續(xù)課程：巖石學、礦床學、寶石學等關于晶體光學定義：晶體光學是研究結晶物質的光學性質的科學。它是可見光通過透明晶體所產生的折射、反射或選擇性吸收、偏光、干涉、色散等一系列現象的一門科學。中南大學地球科學與信息物理學院基本工具－光學顯微鏡幸運還是不幸取決于你自己的態(tài)度與能力啦光學與機械的完美結合費時費眼費腦愛好英文的同學可以時習之。閱讀材料

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中南大學地球科學與信息物理學院中南大學地球科學與信息物理學院第一章：晶體光學基礎1.光的本質

2.光的折射與全反射3.自然光與偏振光4.光波在均質體與非均質體中的傳播特點5.光率體

6.光性方位

7.色散1.1光的波動性中南大學地球科學與信息物理學院光的本質：光是具有一定波長的電磁波；具有波動性和微粒性。光電效應的發(fā)現，證明了光是一物質（即光是由具有極小能量的?！肮庾印苯M成的），而波動是物質的運動形式。光的波動形式——以正弦曲線運動，其傳播方向與振動方向相互垂直。光在真空中速度是：是一種電磁波，為橫波，傳播方向與振動方向垂直1.光波的傳播特點中南大學地球科學與信息物理學院1、光的折射（折射定律)——入射線，折射線和折射面法線恒處于同一平面內，且入射角的正弦與折射角的正弦之比等于光波在入射介質與折射介質中的波速之比。N2,1=Vi/Vr=sini/sinrN2,1—折射介質對入射介質的折射率。若入射介質為真空，則N稱為折射介質的絕對折射率，簡稱折射率。N=sini/sinr=≈V0/Vr1.2光的折射與全反射中南大學地球科學與信息物理學院BAn'nCD折射光線BA反射光線折射率值是宏觀地反映介質的微觀結構的光學常數，是鑒定透明礦物的最可靠常數之一。當入射光由疏介質射入密介質時，i＞r，即折射線靠近法線；當入射光由光密介質射入光疏介質時，i＜r，即折射線離開法線方向折射。增大入射角i，折射角r也隨之增大，當r=90°時，光線不再進入折射介質中，此時的入射角稱為全反射角（或臨界角，用φ表示），當入射角大于臨界角時，即產生全反射。.2.全反射中南大學地球科學與信息物理學院全內反射點光源ni>nrninr1.3自然光與偏振光1.自然光2.偏振光在垂直傳播方向的平面內各個方向上都有等幅的光振動

只在垂直傳播方向的某一固定方向上振動中南大學地球科學與信息物理學院偏光振動方向與傳播方向所構成的平面稱為振動面。1）反射3.偏光化作用(Polarization)反射、折射、雙折射、選擇性吸收可使自然光轉為偏振光。

自然光通過反射可形成振動方向平行反射面的單偏光中南大學地球科學與信息物理學院2）

折射與雙折射自然光通過礦物時,可產生折射(均質體),或雙折射,形成偏振光中南大學地球科學與信息物理學院

3）選擇性吸收只有某個方向振動的光能夠通過，其它方向的振動方向的光都被吸收。偏光化方向平行于結晶軸中南大學地球科學與信息物理學院具偏振器性質1.4光波在均質體與非均質體中的傳播特點1.均質體指光學性質各個方向相同的物質，如玻璃質和等軸晶系的礦物傳播速率不因振動方向的不同而改變，任何方向振動的光波只有一個相同的折射率自然光仍為自然光，偏振光仍為振動方向基本不變的偏振光中南大學地球科學與信息物理學院方解石雙折射中南大學地球科學與信息物理學院雙折射率：光波進入非均質體后分解的兩偏光的折射率之差光軸(OA-OpticalAxis)：光波沿非均質體礦物的特殊方向入射，不發(fā)生雙折射，基本不改變入射光波的振動方向，這一特殊方向稱為光軸。一軸晶：只有一個光軸的礦物，即中級晶族的礦物。二軸晶：有二個光軸的礦物，即低級晶族的礦物。中南大學地球科學與信息物理學院3.與非均質體有關的幾個概念1.均質體光率體

不同方向振動的光波折射率相等，所以為球體中南大學地球科學與信息物理學院2.一軸晶光率體

形態(tài)：旋轉橢球體，旋轉軸與結晶軸C軸一致

平行于結晶軸C軸方向入射的光波,在垂直于C軸的平面內振動，折射率為No，不產生雙折射。因此C軸與光軸一致。

垂直于C軸入射的光波，將分解為平行和垂直于C軸振動的兩種偏光，前者折射率為Ne，后者為No。NeNoNe>No中南大學地球科學與信息物理學院光率體要素：有No和Ne兩個主折射率，或光率體橢球半徑，介于之間者為Ne’Ne–No絕對值稱最大雙折射率有一個光軸（OA），方向與Ne和結晶軸C軸相同中南大學地球科學與信息物理學院NeNoNe>NoNeNoNe>NoNeNoNe>NoNeNoNe>NoNeNoNe>NoNeNoNe>NoNeNoNe>NoNo主要切面及其意義半徑為No的圓切面，可測定No的顏色和折射率，軸性及光符中南大學地球科學與信息物理學院垂直O(jiān)A切面平行OA的切面：半徑為Ne、No的橢圓切面，因含光軸，又稱光軸面（OP-OpticalPlane），可測Ne、No的折射率和顏色，礦物的最大雙折射率NeNoNoNe中南大學地球科學與信息物理學院NoNeNoNe’NoNoNeNoNe’斜交光軸的切面負光性一軸晶光率體切面類型示意中南大學地球科學與信息物理學院垂直O(jiān)A切面平行OA的切面正光性3.二軸晶光率體光率體形態(tài)：三軸（半徑）不等的橢球體,三個橢圓半徑分別為Ng、Nm、NpNg>Nm>Np中南大學地球科學與信息物理學院clinopyroxenefeldspar光率體要素：

有三個與橢球體半徑一致的主折射率：

Ng(>Ng’>)Nm(>Np’>)Np有兩個光軸（OA）兩個光軸間的銳角夾角稱為光軸角，用2V表示銳角的平分線稱為Bxa,可是Ng,也可是Np，鈍角平分線為Bxo包含兩個光軸的切面稱為光軸面，用AP表示NgNpNm中南大學地球科學與信息物理學院正光性：Ng=Bxa,光軸角表示為(+)2V負光性:Np=Bxa,光軸角表示為(-)2V正負光性的判別還可用近似的判別公式:

正光性：Ng-Nm>Nm-Np

負光性:Ng-Nm<Nm-Np2VNp=Bxa(-)Ng=Bxa(+)2V中南大學地球科學與信息物理學院光性正負之分

When2VisacuteaboutZ:(+)When2VisacuteaboutX:(-)When2V=90°,signisindeterminateWhen2V=0°,mineralisuniaxial注：利用干涉圖很容易測定2v角⊥ＯＡ切面：半徑為Nm的圓切面，可測Ｎm的顏色和折射率，錐光下可測軸性和光符，光軸角大小?！危粒星忻妫喊霃綖椋蝕和Np橢圓,可測Ｎg和Np的顏色、折射率、最大雙折率和最高干涉色⊥Bxa切面:NmNp(+)NmNg(-)面，是在錐光鏡下確定光符和2V大小的重要切面⊥Bxo切面:

NmNp(-)NmNg(+)面斜切面：

NmNp’、NmNg’Ng’Np’面Ng=Bxa(+)主要切面及意義:OANm中南大學地球科學與信息物理學院Bxa=NgNmOA主要切面及意義:中南大學地球科學與信息物理學院二軸晶光率體的主要切面類型1.中級晶族（一軸晶）：

光軸（OA）=Ne=高次對稱軸2.低級晶族（二軸晶）斜方晶系：三個光率體主軸與三個結晶軸分別一致。

單斜晶系：結晶軸Y軸為二次對稱軸，與光率體主軸之一重合，其余兩結晶軸與光率體主軸斜交。三斜晶系：結晶軸與光率體軸全部斜交1.6光性方位中南大學地球科學與信息物理學院光率體主軸與結晶軸之間的關系稱為光性方位。高級晶族各向同性，光率體主軸與晶軸重合方解石（－）石英（+）中級晶族光率體主軸與晶軸重合，光軸與高次對稱軸（結晶軸z軸）重合1.6光性方位中南大學地球科學與信息物理學院斜長石黃玉透閃石黃玉透閃石斜長石黃玉透閃石斜方晶系正光性單斜晶系正光性三斜晶系負光性低級晶族晶體光性方位與結晶軸間關系示例中南大學地球科學與信息物理學院橄欖石普通輝石1.6光性方位低級晶族晶體光性方位與結晶軸間關系示例不同色光在同一介質中表現出光學性質差異的現象，叫色散折射率色散：折射率隨光波波長不同而變化雙折率色散：雙折射率隨光波波長不同而變化，常產生異常干涉色光率體色散：光率體因雙折率色散而發(fā)生幾何形態(tài)的變化1.7色散中南大學地球科學與信息物理學院白光1、為什么一軸晶光率體所有橢圓切面上都有No？二軸晶光率體任意切面上是否都有Nm？在哪些切面上才有Nm？

2、怎樣定義一軸晶光率體的光性符號？(P14)怎樣定義二軸晶光率體的光性符號？

3、什么叫光軸角（2V），寫出光軸角公式。

4、畫出一軸晶正光性光率體和一軸晶負光性光率體垂直O(jiān)A、平行OA、斜交OA切面的形態(tài)，指出各切面的雙折射率。

5、畫出二軸晶光率體垂直O(jiān)A、垂直Bxa、垂直Bxo、平行OAP切面的形態(tài)，指出各切面的雙折射率，并在二軸負晶平行OAP切面上標出全部光率體要素。

6、一軸晶正光性光率體放倒了是否能成為負光性光率體？反之，一軸負光性光率體豎直了是否能成為正光性光率體？為什么