第三章晶體光學(xué)基礎(chǔ)

1·光的特征光是一種電磁波，振動方向與傳播方向垂直（橫波）,可見光是電磁波譜中的一段，波長3900～7700埃。3900～4460～4640～5000～5780～5920～6200～7700|紫|蘭|青|綠|黃|橙|紅|一、自然光與偏光

第一節(jié)光在晶體中的傳播

晶體光學(xué)基礎(chǔ)根據(jù)光波的振動特點(diǎn)，可見光可分為自然光偏光由光波的振動方向及傳播方向所構(gòu)成的平面叫振動面。

第一節(jié)光在晶體中的傳播

晶體光學(xué)基礎(chǔ)2·自然光

第一節(jié)光在晶體中的傳播

一切普通光源所發(fā)出的光都是自然光它是光源中大量分子或原子輻射的電磁波的混合在垂直光波傳播方向的平面內(nèi)，一切方向上都有光振動，而且在宏觀統(tǒng)計規(guī)律上各方向上的光振動的大小是均勻的自然光特征在垂直于光波傳播方向的平面內(nèi)各方向都有振幅相等的光振動。晶體光學(xué)基礎(chǔ)3·偏光

第一節(jié)光在晶體中的傳播

自然光經(jīng)過反射、折射、雙折射等作用，轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥幸粋€固定振動方向的光波，稱為偏振光，簡稱偏光。偏光振動面只有一個，因此以叫平面偏光。晶體光學(xué)中主要是利用平面偏光，很少利用自然光偏光顯微鏡研究晶體時是把自然光經(jīng)過折射或選擇性吸收作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠狻?/p>

晶體光學(xué)基礎(chǔ)二·光的折射及折射率

第一節(jié)光在晶體中的傳播

晶體光學(xué)基礎(chǔ)1、折射率的概念無論自然光還是偏光，當(dāng)從一種介質(zhì)傳播到另一介質(zhì)，在兩介質(zhì)的界面上將產(chǎn)生折射現(xiàn)象由于光在不同的介質(zhì)中的傳播速度不同，介質(zhì)分界面上光發(fā)生不同程度的折射進(jìn)入第二種介質(zhì)入射角正弦與折射角正弦之比，對于兩種固定的介質(zhì)來說，是一個常數(shù)。這就是折射定律?？梢杂霉奖硎荆?/p>

sini/sinr=Vi/Vr=N

式中

Vi:光在入射介質(zhì)中（介質(zhì)1）的傳播速度，i:入射角

Vr光在折射介質(zhì)中（介質(zhì)2）的傳播速度，r:折射角

N:折射介質(zhì)對入射介質(zhì)的折射率2、絕對折射率如果把真空作為第一種介質(zhì)，任何物質(zhì)相對于真空的折射率稱為絕對折射率，簡稱折射率?？諝獾恼凵渎蕿?.003即光在空氣中的傳播速度與真空中相近，通常把空氣折射率近似看作1。Vi/Vr=Ni/Nr從上式也可以看出，光在介質(zhì)中的傳播速度越大，折射率越小。晶體中光的傳播速度總是小于真空，因而晶體中的折射率總是大于1。

第一節(jié)光在晶體中的傳播

晶體光學(xué)基礎(chǔ)3、折射率色散

第一節(jié)光在晶體中的傳播

定義：同一種介質(zhì)的折射率大小視所用光波的波長而異對于同一介質(zhì)，光波的波長與折射率成反比。同一介質(zhì)在紫光中測得的折射率最大，在紅光中測得的折射率最小晶體的折射率色散能力，是指晶體在兩種波長中測定的N值之差，差值越大，色散能力越強(qiáng)，差值越小，色散能力越弱。如螢石色散能力弱，N紫－N紅＝0.00686。金剛石色散能力強(qiáng)，N紫－N紅＝0.05741不同狀態(tài)的介質(zhì)，色散能力也有差異，液體色散能力較固體強(qiáng)為了不受色散影響，測折射率宜在單色光進(jìn)行，通常都利用黃色光晶體光學(xué)基礎(chǔ)三、光在均質(zhì)體及非均質(zhì)體中的傳播特點(diǎn)

1、透明物質(zhì)分類光性均質(zhì)體和光性非均質(zhì)體光性均質(zhì)體光在其中傳播的速度不因振動方向的不同而發(fā)生改變光在各個方向的傳播速度不變，在均質(zhì)體中任何方向上的折射率均相等，折射率值只有一個自然光入射均質(zhì)體后仍然是自然光，偏光入射均質(zhì)體后振動方向不發(fā)生改變等軸晶系及一切非晶質(zhì)體都是光性均質(zhì)體。不同均質(zhì)體中光的傳播速度不同。

第一節(jié)光在晶體中的傳播

晶體光學(xué)基礎(chǔ)光性非均質(zhì)體光在其中傳播時，其傳播速度隨振動方向的不同而發(fā)生改變的一類物質(zhì)自然光進(jìn)入光性非均體后，原任意方向振動的光波，就變成兩個振動方向垂直的光波且此二光波的傳播速度除個別方向外，一般是不等的。

第一節(jié)光在晶體中的傳播

晶體光學(xué)基礎(chǔ)2、雙折射現(xiàn)象：

第一節(jié)光在晶體中的傳播

一軸晶只有一個方向不發(fā)生雙折射，即一根光軸此類晶體有三方晶系、四方晶系、六方晶系體二軸晶有兩個方向不發(fā)生雙折射，即兩根光軸此類晶體有斜方晶系、單斜晶系、三斜晶系光入射非均質(zhì)體，產(chǎn)生兩條振動方向垂直的光波，這種現(xiàn)象稱為雙折射光波入射光性非均質(zhì)體中只有特定方向不產(chǎn)生雙折射，不發(fā)生雙折射的特殊方向稱為光軸。晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第一節(jié)光在晶體中的傳播

一軸晶雙折射的特點(diǎn):一束偏光的振動方向永遠(yuǎn)垂直光軸傳播速度及折射率值不變，稱為常光,符號O表示常光的折射率值不隨入射光波的振動方向的改變而改變，其折射率值用No表示另一偏光的振動方向在光波的傳播方向及光軸所構(gòu)成的平面內(nèi)其傳播速度與折射率值隨光波的振動方向的改變而改變，稱為非常光，以符號E表示，折射率值用Ne表示。晶體光學(xué)基礎(chǔ)光率體是表示光波在晶體中傳播時，光波振動方向與相應(yīng)的折射率值之間關(guān)系的一種光性指示體設(shè)想各方向入射的光波均通過晶體的某點(diǎn)振動，在各方向上依其N值的大小按比例截取一線段，再把各線段的端點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來，即成光率體光率體是一立體圖形，是從光波振動方向與相應(yīng)的折射率的實(shí)際測量中抽象得出的概念，它形狀簡單，應(yīng)用方便，是解釋一切晶體光學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)。各類晶體的光學(xué)性質(zhì)不同，光率體亦不同

第二節(jié)光率體

一、光率體的概念晶體光學(xué)基礎(chǔ)光波在均質(zhì)體中傳播，其傳播速度不因傳播方向的改變而改變自然光入射后也不發(fā)生雙折射，對于確定介質(zhì)來說，折射率值為常數(shù)。按光率體作圖法，其圖形為一球體，任意一個通過光率體中心的切面為一圓形。

第二節(jié)光率體

二·均質(zhì)體光率體晶體光學(xué)基礎(chǔ)1、光率體的構(gòu)成當(dāng)光線垂直石英C軸入射，振動方向垂直C軸，N＝1.544，（No常光）。振動方向平行于C，N＝1.553，（Ne為非常光）。以此二線段構(gòu)成橢圓的兩軸，以Ne為旋轉(zhuǎn)軸，得一旋轉(zhuǎn)橢球體，即為一軸晶光率體（正光性）。這種光率體特點(diǎn)：其旋轉(zhuǎn)軸為長軸（光軸），光線沿光軸方向振動的折射率值大，垂直光軸方向振動的折射率值最小。

第二節(jié)光率體

三·一軸晶光率體晶體光學(xué)基礎(chǔ)2、光率體形狀

第二節(jié)光率體

一軸晶晶體的水平結(jié)晶軸單位相等，水平方向上的光學(xué)性質(zhì)相同一軸晶光率體是一個以C軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體一軸晶光率體有正負(fù)之分。正光性光率體旋轉(zhuǎn)軸為長軸，負(fù)光性旋轉(zhuǎn)軸為短軸。晶體光學(xué)基礎(chǔ)3、光性正負(fù)的判斷無論是正光性還是負(fù)光性，一軸晶光率體都是旋轉(zhuǎn)橢球體，其旋轉(zhuǎn)軸永為Ne軸。水平軸永為No軸。Ne與No代表一軸晶礦物折射率的最大值與最小值，稱為主折射率。

Nmax一般以Ng表示，Nmin以Np表示當(dāng)Ng＝Ne，Np＝No時為正光性當(dāng)Ng＝No，Np＝Ne時為負(fù)光性Ng與Np之差（Ng－Np）是一軸晶礦物最大雙折射率

第二節(jié)光率體

晶體光學(xué)基礎(chǔ)4、一軸晶光率體的主要切面

第二節(jié)光率體

鏡下鑒定礦物時遇到的晶體各個方向的光率體切面，一軸晶光率體的主要切面有三種A·垂直光軸切面垂直光軸切面形狀為圓形，半徑為No光波垂直這種切面入射，不發(fā)生雙折射，也不改變?nèi)肷涔獠ǖ恼駝臃较?，折射率值為No雙折射率值為0，一軸晶光率體只有一組這樣的切面。

晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)光率體

B·平行光軸切面切面為橢圓，長短軸分別為Ng及Np（正光性時長軸為Ne，負(fù)光性時短軸為Ne）光波垂直入射（垂直光軸）發(fā)生雙折射，分解成兩束偏光，其振動方向分別與橢圓的長短半徑平行，折射率分別等于Ne及Np此種切面上有最大雙折射率Ng－NpC·斜交切面

斜交切面仍為橢圓，長短半徑分別為No及Ne‘，光波垂直此種切面入射，發(fā)生雙折射雙折射率等于|Ne’－No|雙折射率遞變于0與Ng－Np之間一軸晶任何斜切面始終有一個半徑是No，當(dāng)為正光性時，短軸為No，當(dāng)為負(fù)光性時，長軸為No。

晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)光率體

1、二軸晶光率體的形狀低級晶族屬于二軸晶，這類晶體有大中小三個主折射率主折射率分別與空間相互垂直的三個振動方向相當(dāng)，符號Ng、Nm、Np，其他振動方向相當(dāng)?shù)恼凵渎蔬f變于Ng、Nm、Np之間。分別以Ng'、Np'表示即：Ng>Ng'>Nm>Np'>Np三、二軸晶光率體晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)光率體

二軸晶光率體實(shí)例二軸晶橢球體是三軸不等的橢球體。鎂橄欖石對稱型為3L23PC，當(dāng)入射光分別平行三主軸時，三個主折射率分別是：||c入射，a方向：1.715，b方向：1.652

||a入射，c方向：1.680，b方向：1.651

||b入射，a方向：1.715，c方向：1.680把這三個橢圓切面按他們的空間方位聯(lián)系起來，即為其光率體，是一個三軸橢球體，三軸稱為光學(xué)主軸。在三個主切面上，平行a,b,c三軸的三個主折射率分別是Ng,Nm,Np大中小以表示，其他二軸晶也有此性質(zhì)。三軸橢球體的三軸相對大小

晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)光率體

2、二軸晶光率體的主要光學(xué)方向二軸晶光率體有三個主折射率，分別與相互垂直的三個振動方向相當(dāng)，值的大小、振動方向在晶體中的位置有差別橢球體的三個相互垂直的軸，代表二軸晶三個主要光學(xué)方向，稱為光學(xué)主軸包含二主軸的切面稱為主軸面，二軸晶有三個相互垂直的主軸面，即NgNm面、NgNp面、NmNp面光率體的NgNp之間可作一系列的切面，它們的半徑之一始終為Nm，另一半徑遞變于NgNp之間，總可以找到一半徑為Ng‘＝Nm，那么這個切面的形狀為圓，同樣在光率體的另一側(cè)也有此圓切面當(dāng)光波垂直二圓切面入射，不發(fā)生雙折射，此二方向?yàn)槎S晶的光軸，故稱為二軸晶，以符號OA表示。

晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)光率體

3、光性正負(fù)及光軸角大小

包含二光軸的切面稱為光軸面（即NｇNｐ面）。以符號AP表示。過中心垂直光軸面的直線稱為光學(xué)法線（即Nｍ）。二光軸所夾角稱為光軸角，銳角符號2V，鈍角符號2E。銳角平分線叫Bxa，鈍角平分線叫Bxo。二軸光率體也有正負(fù)之分，區(qū)分正負(fù)光性以Nｇ或Nｐ為銳角平分線來定Bｘａ＝Nｇ，Bｘｏ＝Nｐ：正光性Bｘｏ＝Nｇ，Bｘａ＝Nｐ：負(fù)光性以Nｇ、Nｍ、Nｐ的相對大小，也可判斷光性正負(fù)當(dāng)Nｇ－Nｍ>Nm－Np時，則Bxa＝Ng，正光性當(dāng)Ng－Nm<Nm－Np時，則Bxa＝Np，負(fù)光性2V的大小，可按下式求得：晶體光學(xué)基礎(chǔ)4、二軸晶光率體的主要切面

A·垂直光軸的切面切面圓形，光線垂直（平行光軸）入射，此面上任意方向振動的折射率相等，都為No，無雙折射B·平行光軸面的切面平行光軸面的切面即NgNp主軸面，為橢圓切面，長短半徑分別為Ng、Np，光垂直入射（沿Nm方向），發(fā)生雙折射，振動方向分別平行于Ng、Np，折射率分別為Ng、Np，雙折射率為Ng－Np，為二軸晶最大雙折射率。

第二節(jié)光率體

晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)光率體

C·垂直Bxa的切面正光性時相當(dāng)于NmNp主軸面，負(fù)光性時相當(dāng)于NmNg主軸面。雙折射值正光性時為Nm－Np，負(fù)光性時為Ng－NmD·垂直Bxo切面正光性時相當(dāng)于NmNg面，負(fù)光性時相當(dāng)于NmNp面垂直此面的雙折射率值總是大于垂直Bxa切面的雙折射率值，無論它是正光性還是負(fù)光性。晶體光學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)光率體

1、二軸晶光率體的形狀低級晶族屬于二軸晶，這類晶體有大中小三個主折射率主折射率分別與空間相互垂直的三個振動方向相當(dāng)，符號Ng、Nm、Np，其他振動方向相當(dāng)?shù)恼凵渎蔬f變于Ng、Nm、Np之間。分別以Ng'、Np'表示即：Ng>Ng'>Nm>Np'>Np三、二軸晶光率體晶體光學(xué)基礎(chǔ)光性方位的概念光率體主軸與結(jié)晶軸之間的關(guān)系稱為光性方位不同的晶體具有不同的光性方位同一種晶體光性方位基本固定。一、一軸晶光率體在晶體中的位置一軸晶為旋轉(zhuǎn)橢球體，在晶體中，其光軸（旋轉(zhuǎn)軸）與結(jié)晶軸C軸（晶體的高次對稱軸）一致

第三節(jié)光性方位

晶體光學(xué)基礎(chǔ)二·二軸晶光率體在晶體中