材料研究方法-晶體光學(xué)基礎(chǔ)課件

光學(xué)顯微分析自古以來，人們對(duì)微觀世界充滿了敬畏和好奇心，光學(xué)顯微分析技術(shù)是人們打開微觀物質(zhì)世界之門的第一把鑰匙。人類用光學(xué)顯微鏡步入微觀世界，經(jīng)歷了500多年的發(fā)展歷程。光學(xué)顯微分析顯微結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成材料的晶相形貌、大小、分布以及它們之間的相互關(guān)系。利用光學(xué)顯微分析技術(shù)進(jìn)行物相分析就是研究材料和其原料的物相組成及顯微結(jié)構(gòu)，并以此來研究形成這些物相結(jié)構(gòu)的工藝條件和產(chǎn)品性能之間的關(guān)系。光學(xué)顯微分析光學(xué)顯微分析是材料顯微結(jié)構(gòu)分析的一種重要手段，較其它手段更直觀、形象。光學(xué)顯微分析是利用可見光觀察物體表面性貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鑒定晶體的光學(xué)性質(zhì)。透明晶體可用透射式顯微鏡（偏光）

不透明物體使用反射式顯微鏡（金相、礦相）。光波的相關(guān)概念光波面：光自光源出發(fā)，在某一介質(zhì)內(nèi)傳播，在某一瞬間光波所達(dá)到的連續(xù)表面。（光線速度面）波前：在光波面上任意一點(diǎn)作一平面與光波面相切，該平面就是向該方向進(jìn)行的光波的波前。波法線：波前的垂線。不能將其與光線混淆。光線的方向是光能的傳播方向；波法線方向是波的位相傳播方向，波動(dòng)進(jìn)行方向。自然光與偏振光自然光（naturallight）：一切從實(shí)際光源發(fā)出的原始普通光。光波在垂直于傳播方向的任意方向上振動(dòng)，且迅速地變換著自己的振動(dòng)方向。偏振光(polarizedlight)：自然光經(jīng)反射、折射、吸收等作用或人為，使其保留某一固定方向的光振動(dòng)。光波只在某一固定方向上振動(dòng)。自然光與偏振光振動(dòng)面：偏振光的振動(dòng)方向與傳播方向構(gòu)成的平面。偏振光也稱平面偏光，偏光。偏光面：平行于傳播方向而與振動(dòng)面垂直的面。光的折射(refraction)折射介質(zhì)對(duì)入射介質(zhì)的相對(duì)折射率N

。把真空作為入射介質(zhì)，任何介質(zhì)對(duì)真空的折射率稱為絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率。光線在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的折射率成反比。N值的大小反映介質(zhì)對(duì)光波折射的本領(lǐng)。折射率色散：同一介質(zhì)的N因光波的波長(zhǎng)而異。對(duì)于同一介質(zhì)，波長(zhǎng)與N成反比。光的反射(reflection)物質(zhì)對(duì)投射在它的表面或磨光面上光線的反射能力稱為反射力。（晶體的結(jié)晶面或拋光面對(duì)光線的反射能力，在顯微鏡下的直觀表現(xiàn)是明亮程度。）表示反射力大小的數(shù)值稱反射率。（反射力的數(shù)值表示，衡量反射力的指數(shù)。）體色與表色物質(zhì)表面對(duì)白光中各色光等量反射，物質(zhì)根據(jù)反射率的大小呈現(xiàn)為白色或灰色。物質(zhì)對(duì)各色光選擇性反射，呈現(xiàn)反射色。（物質(zhì)表面對(duì)不同波長(zhǎng)的色光反射力不同，選擇性反射的結(jié)果——表色。）反射色是鑒定不透明物質(zhì)的重要特征。光射到物質(zhì)表面，部分被折射透入內(nèi)部，遇到不同介質(zhì)的分界面時(shí)，光被反射出來，稱為內(nèi)反射作用，產(chǎn)生內(nèi)反射色。（體色）1.3光在晶體中的傳播根據(jù)晶體的光學(xué)性質(zhì)及光在晶體中的傳播特點(diǎn)，把透明物質(zhì)分為均質(zhì)體和非均質(zhì)體兩大類。冰洲石（CaCO3）實(shí)驗(yàn)說明不同晶體產(chǎn)生的光學(xué)現(xiàn)象不同。畫有黑點(diǎn)的紙分別放在玻璃和冰洲石下，垂直往下看：

玻璃：1個(gè)點(diǎn)；轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃，點(diǎn)的位置不動(dòng)。

冰洲石：2點(diǎn)（點(diǎn)的距離與冰洲石厚度有關(guān)）；轉(zhuǎn)動(dòng)冰洲石，1點(diǎn)不動(dòng)，1點(diǎn)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。光性均質(zhì)體等軸晶系的晶體和非晶體的光學(xué)性質(zhì)在各方向相同，稱為光性均質(zhì)體，簡(jiǎn)稱均質(zhì)體。光波在均質(zhì)體中傳播時(shí)：①傳播速度不因振動(dòng)方向而發(fā)生變化。②折射率值只有一個(gè)。③光波射入均質(zhì)體中，其固有性質(zhì)不變。光性非均質(zhì)體中級(jí)晶族和低級(jí)晶族的晶體光學(xué)性質(zhì)隨方向而異，稱為光性非均質(zhì)體。①傳播速度隨振動(dòng)方向不同而改變。②折射率不止一個(gè)。③除特殊方向外，均發(fā)生雙折射。④存在不發(fā)生雙折射的特殊方向——光軸。

一軸晶：中級(jí)晶族二軸晶：低級(jí)晶族1.4光率體晶體的光學(xué)性質(zhì)比較復(fù)雜，大多隨測(cè)試方向的不同而變化。人們?cè)趯?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引用一些具有不同物理意義的輔助曲面，幫助說明這些現(xiàn)象及其變化規(guī)律。光率體就是在晶體光學(xué)性質(zhì)的研究中經(jīng)常用到的一種空間曲面圖形。光率體光率體是將折射率值在光波的振動(dòng)方向上以一定長(zhǎng)度的線段表示出來的一種光性指示體。圍繞晶體中心的一點(diǎn)在光波的振動(dòng)方向上以N值的大小為向量半徑所作的封閉幾何曲面。光率體光率體是從不同介質(zhì)中實(shí)測(cè)而得出的抽象幾何圖形，反映了晶體光學(xué)性質(zhì)中最本質(zhì)的特征——光波振動(dòng)方向與N之間的關(guān)系。光率體可分為三大類：均質(zhì)體光率體、一軸晶光率體、二軸晶光率體。一軸晶光率體

一軸晶是屬于中級(jí)晶族各晶系的晶體，宏觀對(duì)稱的共同特點(diǎn)是只有一根高次軸。水平結(jié)晶軸單位相等，水平方向上光學(xué)性質(zhì)相同。光線沿高次軸方向和垂直于高次軸的方向入射，所顯示的光學(xué)性質(zhì)不同。o光與e光⊥振動(dòng)，o光⊥光軸振動(dòng)，e光在入射光與光軸組成的平面內(nèi)振動(dòng)一軸晶光率體（石英、方解石）一軸晶光率體形態(tài)：旋轉(zhuǎn)橢球體（二軸橢球體）二個(gè)主要方向截面——橢圓、圓二個(gè)折射率值：Ne、No主切面：包含兩個(gè)主折射率的切面光軸：非均質(zhì)體中的均質(zhì)方向光學(xué)主軸：代表主要光學(xué)振動(dòng)方向Ne

一軸晶：有一根光軸的晶體一軸晶光率體切面雙折射率：與光率體相切截面的長(zhǎng)、短半徑之差（Ng′-Np′）。其數(shù)值隨切面的變化而變化的。晶體的雙折射率=主切面的切面雙折射率。雙折射率的產(chǎn)生是晶體非均質(zhì)性的必然結(jié)果，其大小是晶體光性非均質(zhì)程度的直接表現(xiàn)。一軸晶光率體光性均質(zhì)體光率體是一軸晶當(dāng)Ng-Np=0時(shí)的特殊情況。入射波法線一定時(shí)，在垂直此方向作光率體的切面中可知光波在晶體中的振動(dòng)方向，相應(yīng)的N及△N，這是應(yīng)用光率體的本質(zhì)所在。二軸晶光率體形態(tài)：三軸橢球體三個(gè)主要方向截面均為橢圓主軸（三個(gè)主折射率）：Ng、Nm、Np主軸面：包含兩個(gè)主軸的切面（NgNp、NgNm、NmNp相互垂直）光軸（OA）:為非均質(zhì)體中兩個(gè)均質(zhì)方向二軸晶：具有兩根光軸的晶體。二軸晶光率體光軸面（OAP）：含兩根光軸的平面，NgNp光學(xué)法線：通過光率體中心且垂直于光軸面的方向線，與Nm一致。光軸角（2V）:兩根光軸間的夾角，銳角代表礦物光軸角2V。銳角等分線（Bxa）:光軸銳角的角平分線鈍角等分線（Bxo）:光軸鈍角的角平分線二軸晶光率體光性：正負(fù)取決于Bxa是Ng還是NpBxa=Ng（+）Bxa=Np（-）Bxa究竟是Ng還是Np取決于Ng、Nm、Np