晶體光學(xué)復(fù)習(xí)資料(重點知識)

自然光和偏光自然光：是指直接由光源發(fā)出的光，如太陽光、燈光等，自然光的光波振動方向在垂直于光波傳播方向的平面內(nèi)，作任何方向等振幅的振動偏光：自然光經(jīng)過反射、折射、雙折射或選擇性吸收等作用后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹辉谝粋€方向上振動的光波，稱為偏振光或偏光根據(jù)自然界物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)不同，將其分為光性均質(zhì)體與光性非均質(zhì)體兩大類。高級晶族礦物中級晶族礦物光性均質(zhì)體光性非均質(zhì)體非晶質(zhì)體低級晶軸礦物光性均質(zhì)體，又稱為均質(zhì)體。具各向同性的介質(zhì)、其光學(xué)性質(zhì)不隨方向發(fā)生變化光波在均質(zhì)體中傳播有以下兩個特征：1.只有一個折射率光波射入均質(zhì)體時，其傳播速度各個方向都相等，所以只有一個折射率。2.不改變?nèi)肷涔獾恼駝臃较蜃匀还馊肷渚|(zhì)體后仍然是自然光，偏光入射均質(zhì)體后仍為偏光。一切具有雙折射特征的介質(zhì)稱為光性非均質(zhì)體，又稱非均質(zhì)體。非均質(zhì)體是各向異性的介質(zhì)，其光學(xué)性質(zhì)隨方向不同而變化光波在非均質(zhì)體中傳播具有以下幾個特征：1.不只一個主折射率光波在非均質(zhì)體中傳播時，其傳播速度隨振動方向而發(fā)生變化，因而其相應(yīng)折射率也隨振動方向不同而改變。2.偏光化和雙折射現(xiàn)象當(dāng)光波射入非均質(zhì)體后，除特殊方向以外一般都將分解成振動方向互相垂直的兩種偏光，這就是偏光化。兩種不同方向偏光的速度不等，導(dǎo)致折射率不等，引起了雙折射現(xiàn)象。兩種偏光折射率的差值稱為雙折射率，簡稱折射率。3.一個或兩個特殊方向——光軸光波沿非均質(zhì)體的特殊方向射入時不發(fā)生雙折射，也不改變?nèi)肷涔獾恼駝臃较?，這種特殊方向稱為光軸(“OA”)。中級晶簇晶體只有一個光軸，稱為一軸晶；(與C軸重合)低級晶簇晶體有兩個光軸，稱為二軸晶。3.一個或兩個特殊方向——光軸光波沿非均質(zhì)體的特殊方向射入時不發(fā)生雙折射，也不改變?nèi)肷涔獾恼駝臃较?，這種特殊方向稱為光軸(“OA”)。中級晶簇晶體只有一個光軸，稱為一軸晶；(與C軸重合)低級晶簇晶體有兩個光軸，稱為二軸晶。光率體是表示光波在晶體中傳播時，光波的振動方向與相應(yīng)折射率值之間關(guān)系的一種光性指示體。(一)均質(zhì)體光率體包括等軸晶系礦物及非晶質(zhì)礦物光波在均質(zhì)體中傳播時，向任何方向振動，其傳播速度不變，折射率值相等，不發(fā)生雙折射，因此，均質(zhì)體光率體是一個圓球體。(二)非均質(zhì)光率體包括一軸晶光率體和二軸晶光率體(1)一軸晶光率體一軸晶礦物是指中級晶族，因為這類礦物只有一個光軸，即光波只有一個沿C軸入射的特殊方向不發(fā)生雙折射，故稱為一軸晶。1.形狀旋轉(zhuǎn)橢球體，是以Ne軸(∥C軸)為旋轉(zhuǎn)軸和No軸(⊥C軸)為半徑組成的旋轉(zhuǎn)橢球體。2.結(jié)構(gòu)要素兩個主軸：兩個互相垂直的軸，代表一軸晶兩個主要光學(xué)方向，又稱光學(xué)主軸，即Ne軸和No軸；它的長短代表主折射率大小。在不同的一軸晶光率體中，Ne和No值大小是不一樣的，稱為主折射率值，也可稱光學(xué)主軸。3.一軸晶光率體的光性符號一軸晶光率體是一個以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球體。光性符號：Ne>No為一軸正晶或正光性、正光符，如石英Ne<No為一軸負(fù)晶或負(fù)光性、負(fù)光符，如方解石(2)二軸晶光率體是指低級晶族礦物。均具有二個光軸，故稱二軸晶。二軸晶光率體的特征：1.形狀三軸不等橢球體2.結(jié)構(gòu)要素1)三個主軸：三個互相⊥的光率體軸代表二軸晶礦物的三個主要光學(xué)方向，稱為光學(xué)主軸，簡稱主軸(Ng、Nm、Np)2)三個主軸面：包含任意兩個主軸的切面稱主軸面(切面)，二軸晶光率體有三個互相垂直的主軸面。①NgNp；②NmNp；③NgNm3)二個光軸(OA)及兩個圓切面：通過Nm軸在光率體的一側(cè)(Ng與Np之間)可以連續(xù)作一系列橢圓切面，在它們中間總可以找到一個半徑相當(dāng)于Nm的圓切面。另一側(cè)也有一個圓切面，光波垂直這兩個圓切面入射時，不發(fā)生雙折射的特殊方向稱之為光軸。因為有兩個圓切面故有兩個光軸，稱二軸晶。4)光學(xué)法線：通過光率體中心而垂直光軸面的方向稱光學(xué)法線，光學(xué)法線與主軸Nm軸一致。光軸面法線方向永遠是Nm。5)光軸角：兩個光軸之間所夾的銳角稱光軸角，以符號“2V”表示，2V的平分線稱銳角等分線，以Bxa表示；兩個光軸之間的鈍角等分線稱鈍角等分線，以Bxo表示。3.二軸晶光率體的光性符號1)根據(jù)銳角等分線Bxa是Ng還是Np決定二軸晶光性符號正負(fù)：當(dāng)Bxa＝Ng時，為正光性(＋)；當(dāng)Bxa＝Np時，為正光性(－)；2)根據(jù)Ng、Nm、Np的相對大小，判斷二軸晶光性符號正、負(fù)當(dāng)Ng－Nm>Nm－Np時，為正光性(＋)；當(dāng)Ng－Nm<Nm－Np時，為負(fù)光性(－)；光性方位光率體主軸與晶體結(jié)晶軸之間的關(guān)系稱為光性方位。也就是光率體主軸N；Ne、No或Ng、Nm、Np與結(jié)晶軸X、Y、Z之間的關(guān)系。也可以說是光率體在晶體中的位置。解理是指礦物晶體在外力作用下，沿一定方向裂成光滑平面的性質(zhì)。解理在薄片中表現(xiàn)為一些相互平行的細(xì)縫，稱解理縫。極完全解理、完全解理、不完全解理解理夾角的測定兩組解理的夾角稱解理夾角測定兩組解理夾角時，必須選擇同時垂直兩組解理面的切面。這種切面的特征是：兩組解理縫最細(xì)最清楚，當(dāng)其解理縫平行目鏡十字絲豎絲時，稍微升降鏡筒，解理縫不向左右移動。測定方法為：1)按上述原則選擇合適的切面2)轉(zhuǎn)動載物臺，使一組解理縫平行目鏡十字絲豎絲，在載物臺刻度盤上讀數(shù)為a3)旋轉(zhuǎn)載物臺，使另一組解理縫平行目鏡豎絲，載物臺讀數(shù)為b。兩次讀數(shù)之差（a與b之差）即為所測得的夾角。如果礦物對白光中各單色光全部透過，則透過礦片后仍為白光，只是強度有所減弱，礦片顯無色透明，如石英、長石等。若全部吸收，則礦物為黑色；若均勻吸收，則礦物呈灰色；若不等量吸收，稱選擇性吸收，選擇性吸收是礦物透過某些光波，呈現(xiàn)特定顏色非均質(zhì)體礦物對光波的選擇吸收和吸收總強度是隨方向而異。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。巖石薄片中，在兩種折射率不同的物質(zhì)接觸處，可以看到一條比較黑暗的界限，稱礦物的邊緣礦物邊緣附近常見到一條比較明亮的細(xì)線，升降物臺，亮線發(fā)生移動，這條亮線稱貝克線或亮帶。貝克線移動的基本規(guī)律1)下降物臺，貝克線向折射率大的方向移動2)上升物臺，貝克線向折射率小的方向移動在單偏光下觀察不同礦物的表面時，可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，這種現(xiàn)象稱為糙面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高低取決于礦物與樹膠(礦物)折射率差值的大小在單偏光鏡下，轉(zhuǎn)動物臺，礦物突起高低發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為閃突起礦片在正交下呈現(xiàn)黑暗的現(xiàn)象，稱為消光現(xiàn)象旋轉(zhuǎn)載物臺一周（360）過程中，礦片的消光現(xiàn)象不改變，故稱為全消光非均質(zhì)體除垂直光軸切面以外的任何方向切面，在正交偏光鏡間處于消光時的位置，稱為消光位當(dāng)?shù)V片上光率體橢圓半徑與AA、PP斜交時，不在消光位，則將發(fā)生干涉作用干涉色級序第一級序，光程差為0－550nm，主要干涉色為暗灰－灰－白－黃－橙－紫紅。第二級序，光程差為550－1100nm，主要干涉色為藍－藍綠－綠－黃－紫紅。第三級序，光程差為1100－1650nm，主要干涉色為藍綠－綠－黃－橙－紅。第四級序，光程差為1650－2240nm，主要干涉色為粉紅－淺綠－淺橙。各級序的特征第一級序：具有暗灰，灰白色，而無藍、綠色。第二級序：色調(diào)濃而純，比較鮮艷，條帶界線清楚。第三級序干涉色順序與第二級序一致，但其干涉色色調(diào)要比二級序淺，條帶界線不及二級。第四級序及更高級序的干涉色，其光程差更大。干涉色級序越高，其色調(diào)越淺越不純，條帶界線越不清楚。在正交偏光鏡間，兩個非均質(zhì)體任意方向的切面（除垂直光軸的切面外），在45位重疊時，光通過此兩礦片后總光程差的增減法則（光程差的增減表現(xiàn)為干涉色級序的升降），稱為補色法則。補色法則兩礦片光率體橢圓半徑同名半徑平行，總光程差等于原來兩礦片光程差之和，表現(xiàn)為干涉色升高。異名半徑平行時，總光程差等于原來兩礦片光程差之差，其干涉色降低當(dāng)異名半徑平行時，如果總光程差等于零，那么礦片就會變成灰黑色，此現(xiàn)象是消色。常用的補色器

⑴石膏試板（λ）光程差為550nm，在正交偏光45°位置時，呈現(xiàn)一級紫紅干涉色，使礦片升高或降低一個級序。如礦片干涉色為一級灰，升高變?yōu)槎壦{，降低變?yōu)橐患夵S。⑵云母試板（1/4λ）光程差為147nm，使礦片升、降一個色序。如礦片為一級紫紅，升高變?yōu)槎浰{，降低變?yōu)橐患壋赛S。⑶石英楔光程差為0～1680nm，在45°位置時依次產(chǎn)生一級到三級干涉色。同名半徑平行，干涉色不斷升高。異名半徑平行時，干涉色不斷降低。干涉色級序的觀察與測定選切面干涉色級序的高低與切面方向有關(guān)，平行光軸或光軸面的切面干涉色最高，要選這種切面測定礦物最高干涉色級序。⑵楔形邊法礦物顆粒往往具有楔形的邊緣，即由邊緣至中心厚度逐漸增加，因而從R=d(N1-N2)中可知，其干涉色級序會由邊緣向中心升高。如果最外一圈為一級灰白，向中心干涉色逐漸升高而構(gòu)成細(xì)小的干涉色色圈。其中經(jīng)過一條紅帶，則礦片的干涉色為二級；經(jīng)過n條紅帶，礦片的干涉色為（n+1）級。如果礦片的邊緣最外圈不是從一級灰白開始的，則不能用這種方法判斷干涉色級序。(3)利用石英楔測定干涉色級序1、將選定的具有最高干涉色的顆粒至于視域中心，旋轉(zhuǎn)物臺使礦片消光。2、旋轉(zhuǎn)物臺45，使礦片的干涉色最亮。3、從試板孔慢慢插入石英楔，觀察礦片干涉色的變化。可出現(xiàn)下列兩種情況：a.隨著石英楔的插入，礦片的干涉色逐漸升高，石英楔與礦片的光率體橢圓切面的同名半徑平行，必須轉(zhuǎn)物臺90，使異名半徑平行，再進行測量。b.隨著石英楔的插入，礦片的干涉色逐漸降低，證明異名半徑平行。當(dāng)插到石英楔的光程差與礦片相等處，礦片消色而黑暗。再慢慢抽出石英楔，礦片上的干涉色又逐漸升高。在抽出過程中，注意觀察礦片上干涉色的變化，如果其間經(jīng)過一次紅色，則礦片干涉色為二級，經(jīng)過n條紅帶，礦片的干涉色為（n+1）級。消光類型及消光角的測定根據(jù)礦物消光時，礦物的解理縫、雙晶縫及晶面跡線與目鏡十字絲的關(guān)系可劃分成三種消光類型：平行消光斜消光光率體橢圓半徑與解理縫、雙晶縫及晶面跡線之間的夾角稱為消光角。3對稱消光消光角的測定只有測定向切面的消光角才有意義延性符號的規(guī)定：正延性：長條狀礦物切面，其延長方向或解理縫方向與光率體橢圓長半徑Ng或Ng′平行或其夾角小于45°負(fù)延性：長條狀礦物切面，其延長方向或解理縫方向與光率體橢圓短半徑Np或Np′平行或其夾角小于45°當(dāng)兩者的夾角為45°時，延性可正可負(fù)。平行偏光束與錐形偏光束的重要區(qū)別：⑴平行偏光基本上同一方向入射礦片。⑵錐形偏光，除中央一條光波垂直入射礦片以外，其余各條光波都是傾斜入射礦片，而且愈向外傾斜角度愈大，在礦片中所經(jīng)歷的距離愈外愈長。在種錐光鏡下，錐形偏光束中，各個不同方向的入射偏光通過礦片后到達上偏光鏡所產(chǎn)生的消光和干涉現(xiàn)象的總和，構(gòu)成了各式各樣的特殊干涉圖形，稱為干涉圖。錐光鏡的特點⑴聚光鏡的作用:使平行偏光變成錐形偏光。⑵勃氏鏡或取去目鏡作用:放大干涉圖。⑶高倍物鏡作用:接納更大范圍的入射光波，使圖象更清晰。(4)錐光系統(tǒng)的適用范圍：非均質(zhì)體均質(zhì)體礦物的光學(xué)性質(zhì)各方向一致，光波以任何方向射入礦片，都不發(fā)生雙折射，在正交下全消光，錐光下沒有干涉圖。非均質(zhì)體礦物的光學(xué)性質(zhì)隨方向而異，在錐光下能形成干涉圖，其干涉圖的圖像特點因礦物的軸性和切面方向而不同。錐光鏡可以測定礦物的光學(xué)常數(shù)為：軸性、光性符號，光軸角和切面方向。觀察干涉圖應(yīng)注意的問題：(1)首先使用低倍或者中倍物鏡找到所需觀察的礦物顆粒，置于視域中心后，換用高倍物鏡(2)換用高倍物鏡后，檢查是否已準(zhǔn)焦，準(zhǔn)焦應(yīng)注意物鏡不要與薄片相碰。(3)加上栽物臺下的聚光鏡后，要把聚光鏡上升到最高位置，但不要與薄片相碰。(4)檢查高倍物鏡是否需要校正中心。(5)干涉圖是消光和干涉效應(yīng)的總和。一軸晶干涉圖一軸晶有三種類型切片:垂直光軸、平行光軸和斜交光軸。一軸晶干涉圖，因切面方向不同而不同垂直光軸切面的干涉圖⑴切面特點光率體的切面為圓切面，正交偏光下全消光（或干涉色最低）。干涉圖的特點：由于R=d(Ng-Np）,干涉圖分為R較小的晶體和R較大的晶體兩種R較小的晶體一個位于視域中心的黑十字，兩臂與十字絲平行，轉(zhuǎn)動物臺，黑十字不動。黑十字將視域分為四個象限。干涉色為一級灰白。R較大的晶體除黑十字外，還具有以黑十字交點為中心的同心干涉色環(huán)，由中心向外越來越密，干涉色級序越來越高，轉(zhuǎn)動物臺干涉圖不變。(2)圖像特點①由黑十字和同心圓狀的干涉色色圈組成，黑十字交點位于十字絲中心。②干涉色色圈以黑十字交點為中心，成同心環(huán)狀。干涉色圈的多少，取決于礦物雙折率的大小及礦片厚度。③轉(zhuǎn)動物臺360°,干涉圖不發(fā)生變化。垂直光軸切面干涉圖應(yīng)用1、確定軸性和切面方向根據(jù)圖像特點,確定為一軸晶垂直光軸的切面。2、測定光性符號Ne=Ng，Ne>No：正光性Ne=Np，Ne<No：負(fù)光性測定光性符號一級灰干涉色加石膏試板，判斷與正交偏光的情況相同。藍—升高，黃—降低。干涉色圈較多時，加云母試板（升降一個色序）。這時，升高區(qū)域的干涉色環(huán)向內(nèi)移動，降低區(qū)域的干涉色環(huán)向外移動，并在光軸出路點附近出露兩個黑點。如果四個象限是一級灰白的干涉圖，則選用石膏試板插入石膏試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色由灰白變?yōu)樗{色，對石膏試板而言，干涉色升高，即同名軸平行。又已知發(fā)散的方向為Ne，切線的方向為No，所以Ne=Ng，No=Np，為一軸晶的正光性。插入石膏試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色由灰白變?yōu)辄S色，對石膏試板而言，干涉色降低，即異名軸平行。又已知發(fā)散的方向為Ne，切線的方向為No，所以Ne=Np，No=Ng，為一軸晶的負(fù)光性。如果干涉圖中有同心色環(huán)，說明該晶體的干涉色較高，則選用云母試板或石英楔。插入云母試板：色環(huán)內(nèi)收，干涉色升高；色環(huán)外擴，干涉色降低。插入云母試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色色環(huán)內(nèi)收，干涉色升高，即同名軸平行。又已知發(fā)散的方向為Ne，切線的方向為No，所以Ne=Ng，No=Np，為一軸晶的正光性。插入云母試板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色色環(huán)外擴，干涉色降低，即異名軸平行。又已知發(fā)散的方向為Ne，切線的方向為No，所以Ne=Np，No=Ng，為一軸晶的負(fù)光性。判斷黑十字的象限可根據(jù)下列四種現(xiàn)象：(1)黑臂細(xì)的部分指向光軸出露點。(2)等色圈凹向?qū)χ廨S出露點。(3)