第1章晶体光学基础d

1、引言引言透明矿物透明矿物不透明矿物不透明矿物 第一节 光的性质波长单位通常用纳米波长单位通常用纳米(nm)或埃或埃( )，常用长度单位，常用长度单位的换算关系为：的换算关系为： 1 m (米米) =103 mm (毫米毫米) =106 m (微米微米) =109 nm (纳米纳米) =1010 (埃埃)关于光的有关参数和公式关于光的有关参数和公式:光速光速c = 3 105 km/s (每秒每秒30万万km)E =m c 2 E代表能量代表能量 m代表质量代表质量 c代表光速代表光速 c =f 或或 f = c / f 频率频率Hz 每秒振动次数每秒振动次数, 单位单位 s-1 波长波长, 单

2、位单位nm光量子光量子E= hf h普朗克常数普朗克常数光子动量光子动量p=mc能量能量增大增大可见光谱在真空中的波长(nm) 第二节第二节 自然光和偏光自然光和偏光 截面为圆，半径为振幅截面为圆，半径为振幅根据光波振动的特点，可以把光分为根据光波振动的特点，可以把光分为自然光和偏光。自然光和偏光。1. 1. 自然光：自然光：指直接由太阳或光源发出指直接由太阳或光源发出的、在垂直于光波传播方向的平面内作任的、在垂直于光波传播方向的平面内作任意方向、意方向、等振幅等振幅振动的光。振动的光。2. 2. 偏光偏光偏光偏光自然光经过反射、折射、双折射或自然光经过反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，

3、可以转变为选择性吸收等作用后，可以转变为只在一只在一个方向上振动个方向上振动的光波，称为偏振光或偏光。的光波，称为偏振光或偏光。振动面振动面偏光振动方向与传播方向所构成偏光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动面。的平面称为振动面。3. 3. 偏光化作用偏光化作用偏光化作用偏光化作用将自然光转变为偏光的作用。将自然光转变为偏光的作用。晶体光学研究：晶体光学研究： 偏光显微镜岩石矿物薄片观察偏光下的特征偏光显微镜岩石矿物薄片观察偏光下的特征摄影方面摄影方面：过滤杂光滤光片，只让某一方向的光通过过滤杂光滤光片，只让某一方向的光通过就是偏光化就是偏光化作用作用过滤杂色滤色片，只让某种颜色光通过，如蓝

4、色，大海和过滤杂色滤色片，只让某种颜色光通过，如蓝色，大海和天空天空第三节几何光学的三大定律第三节几何光学的三大定律 、全反射及色散全反射及色散1. 光的直线传播光的直线传播 光在均匀介质中是沿直线传播的，称为光在均匀介质中是沿直线传播的，称为光的直线传播定律光的直线传播定律(如阳光照进房里、夜如阳光照进房里、夜间手电筒的亮光传播间手电筒的亮光传播) (1) 定义：定义：光线从一光线从一种介质进入另一种种介质进入另一种介质，在界面处传介质，在界面处传播方向便会发生改播方向便会发生改变，即入射光线和变，即入射光线和进入另一种介质的进入另一种介质的光线不在一条直线光线不在一条直线上，这种现象称为上

5、，这种现象称为光的折射光的折射(Refraction).法线法线入射角入射角 i折射角折射角 r(2) (2) 折射率折射率( (Index of refractionIndex of refraction) )定义：光在真空与其他物定义：光在真空与其他物质中传播速度之比称为该质中传播速度之比称为该物质的绝对折射率，简称物质的绝对折射率，简称折射率折射率NN物质物质：NN物质物质=V V 真空真空V V 物质物质NN真空真空=1， NN空气空气=1.0003自然界一切自然界一切NN=1(3)(3)折射定律折射定律 ： 当光线由光密介质当光线由光密介质B射入光疏介质射入光疏介质A，如，如果入射角

6、增至一定角果入射角增至一定角度，使折射角等于度，使折射角等于90，这个入射角称，这个入射角称为为全反射全反射(Total reflection) 临界角临界角，简，简称临界角称临界角 ；入射角大；入射角大于临界角的所有入射于临界角的所有入射光线均发生全反射。光线均发生全反射。 i = , r=90i , 全反射全反射 例如：宝石加工，例如：宝石加工，金刚石金刚石 2420i = , r=90i , 全反射全反射入射光折射光法线临界角全内反射光G Ge em m s st t o on n e e Sir390r770O=770nm=390nm要要 点点入射光折射光法线临界角全内反射光Diamo

7、nd 均质体均质体各方向相同各方向相同，称为，称为光性均质体光性均质体非均质体非均质体随方向随方向而变化，称为光性非均质体而变化，称为光性非均质体。第四节第四节 光在均质体与非均质体中的传播光在均质体与非均质体中的传播2. 2. 光性非均质体光性非均质体( (各向异性介质各向异性介质) ) (1) (1) 定义：光波射入时，其传播速度随振动定义：光波射入时，其传播速度随振动方向不同而发生变化，因而其折射率值也因方向不同而发生变化，因而其折射率值也因振动方向不同而改变，这样的物质称为光性振动方向不同而改变，这样的物质称为光性非均质体，简称非均质体，简称非均质体非均质体。非均质体的折射率不只是一个

8、，而是两个或非均质体的折射率不只是一个，而是两个或三个。三个。(2) (2) 双折射双折射当光波射入非均质体后，除特殊方向当光波射入非均质体后，除特殊方向以外一般都将分解成两束折射率不等、以外一般都将分解成两束折射率不等、振动方向互相垂直、速度不等的偏光，振动方向互相垂直、速度不等的偏光，这种现象称为这种现象称为双折射双折射现象。现象。一切具有双折射特征的介质均称为光一切具有双折射特征的介质均称为光性非均质体，双折射是光波通过非均质性非均质体，双折射是光波通过非均质体的普遍特征。体的普遍特征。 (3) 双折射率（双折率）双折射率（双折率）光波射入一轴晶矿物（非均质矿物）时，光波射入一轴晶矿物（

9、非均质矿物）时，发生双折射并分解形成两种偏光发生双折射并分解形成两种偏光:常常 光光o ordinary, 方向垂直方向垂直C轴轴, 其传播其传播速度和相应速度和相应N不变不变折射率为折射率为No非常光非常光e extraordinary,平行平行C轴与传播轴与传播方向构成的平面方向构成的平面, 且振动方向不同且振动方向不同,速度速度和和N不同不同折射率为折射率为Ne两种偏光的折射率值之差，称为双折射率。两种偏光的折射率值之差，称为双折射率。如冰洲石测得折射率为如冰洲石测得折射率为No=1.658, Ne=1.486，两种折射率值之差为两种折射率值之差为0.172，此值即为冰，此值即为冰洲石的双折率值。洲石的双折率值。 最大双折射率最大双折射率(4) 光性与晶族的关系光性与晶族的关系 三方晶系冰洲石，水晶三方晶系冰洲石，水晶 中级晶族（一轴晶）中级晶族（一轴晶） 四方晶系锆石四方晶系锆石 六方晶系绿柱石，磷灰石六方晶系绿柱石，磷灰石 斜方晶系斜方晶系Ol 低级晶族（