正交偏光系统及实验

1、第三章第三章. 正交偏光系统下正交偏光系统下晶体的光学性质晶体的光学性质1.1.正交偏光系统的构成及光学特点正交偏光系统的构成及光学特点2.2.正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位3.3.正交偏光镜间矿片的干涉现象及干涉色正交偏光镜间矿片的干涉现象及干涉色4.4.补色法则和补色器补色法则和补色器5.5.正交偏光间主要光学性质的观测和测定正交偏光间主要光学性质的观测和测定一一. .正交偏光系统的构成及光学特点正交偏光系统的构成及光学特点PP下偏光镜下偏光镜AA上偏光镜上偏光镜正交偏光系统光路图正交偏光系统光路图构成：构成：同时使用上、下两个偏光镜且其振动方向互相垂

2、直。系统的光学特点：系统的光学特点：不放任何矿片时，通过下偏光镜的光波其振动方向与上偏光镜的振动方向互相垂直，光波不能通过，视域黑暗。视域黑暗。二二. .正交偏光镜间矿片的消光现象正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位及消光位消光现象消光现象矿片在正交偏光镜间呈现黑暗的现象.( (一一).).全消光全消光旋转物台一周, 均质体或非均质体垂直光轴切片的消光现象不改变（永久（永久消光消光).).AA上偏光镜上偏光镜PP下偏光镜下偏光镜晶 体 切 片晶 体 切 片( (二二) ). 四次消光四次消光二二. .正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位旋转物台一周, 非均质体晶体

3、非垂直光轴切片的光率体椭圆半径有四次与下偏光镜平行的机会, 故出现四次消光现象.消光位消光位:非均质体非垂直光轴切片在正交偏光镜间处于消光现象时的位置.注意注意:矿片处于消光位时的意义PP下偏光镜下偏光镜晶体切片晶体切片AA上偏光镜上偏光镜三三. . 正交偏光镜间矿片的干涉现象正交偏光镜间矿片的干涉现象非均质体晶体非垂直光轴的矿片, 其光率体椭圆半径与上下偏光镜振动方向斜交时(即矿片不在消光位时), 透过晶体分解的两束光波将发生干涉作用. (1)两束光波的频率相等.(2)两束光波具有固定的光程差.(3)两束光波在同一平面内振动.1. 1. 光波发生干涉作用的光波发生干涉作用的条件条件如果两束光

4、波具备上述条件将发生干涉作用如果两束光波具备上述条件将发生干涉作用. PP下 偏 光 镜下 偏 光 镜晶 体 切 片晶 体 切 片AA上偏光镜上偏光镜K1K2K1K2光率体椭圆半径与光率体椭圆半径与PP/AA斜交时的光路图斜交时的光路图(A)和矢量分解图和矢量分解图(B)K2K1PPPPAAPPK1K2K1K1K2K2K1K2K2K1K1PP透出下偏光镜透出下偏光镜进入矿片后进入矿片后透出矿片透出矿片进入上偏光镜进入上偏光镜K2K1PPA (3)A (4)(1)(2)B (3)B (4)AAAAK2 K”K”R=（2n+1）l2B:R=2nA:l2正交偏光镜间偏光矢量分解平面示意图正交偏光镜间

5、偏光矢量分解平面示意图(入射光波垂直屏幕入射光波垂直屏幕)2.正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素光源为单色光光源为单色光2. 正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素如果光源为单色光，则当光程差等于单色光半波长的偶数倍偶数倍时（R=2n /2）,干涉的结果是互相抵消而变黑暗变黑暗; 光程差等于单色光半波长的奇数倍奇数倍（R=（2n+1）/2）时, 干涉的结果是互相迭加，使亮度增强亮度增强.如果光程差介于二者之间，干涉的结果介于黑暗与最亮之间.显然显然, ,光程差对干涉作用的结果起主导作用光程差对干涉作用的结果起主导作用. .

6、 光 程 差光 程 差 R = d K1PPAAAAPPn1n2n1n2KKKKK2K1K2OOK1/ K2 / K1/ K2 / 矿片上光率体椭圆半径矿片上光率体椭圆半径K K1, 1, K K2 2和上和上 / / 下下 偏光镜振偏光镜振动方向的夹角大小与光波振幅大小的关系示意图动方向的夹角大小与光波振幅大小的关系示意图A: 450 位置位置B: 非非450 位置位置v 45 450 0位置位置: :2. 正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素正交偏光镜间光波的干涉作用及控制因素矿片的光率体椭圆半径与上下偏光镜成450角时, 矿片最明亮.PP转物台转物台45PPAPPAPPAAAAAA在在4

7、5450 0位置时光率体椭圆半径分布示意图位置时光率体椭圆半径分布示意图四.干涉色及干涉色色谱表干涉色及干涉色色谱表1. 1. 干涉色及其成因干涉色及其成因如果光源为单色光如果光源为单色光,随着光程差的逐渐增大,将依次出现明亮相间的干涉条带.干涉条带的宽窄取决于单色光的波长.改变改变光程差的方法是利用石英楔光程差的方法是利用石英楔. .如果光源为白光如果光源为白光,干涉结果就是一系列复杂彩色条带的组合。即称为干涉色. 第一级序第一级序第二级序第二级序第三级序第三级序第四级序及更高序第四级序及更高序红色红色橙色橙色绿色绿色蓝色蓝色靛色靛色紫色紫色黄色黄色l l=700 (mn)l l=620l

8、l=410l l=450l l=470l l=515l l=56020040060080010002000R:不同波长单色光随光程差改变所产生的明暗相间的干涉条带不同波长单色光随光程差改变所产生的明暗相间的干涉条带2 2. . 干涉色级序及各级序特征干涉色级序及各级序特征四.干涉色及干涉色色谱表干涉色及干涉色色谱表(1).(1).干涉色色序干涉色色序: :若用白光做光源, 在正交偏光镜间缓慢推入石英楔,随着石英楔的慢慢推入,光程差连续地增大, 视域内出现的干涉色由低到高有规律的变化, 干涉色这种有规律的变化叫做干涉色色序.(2)(2)干涉色级序干涉色级序( (四四- -五个级序五个级序):):

9、要记住要记住第一级序：暗灰-灰白-浅黄-亮黄-橙-紫红第二级序：蓝-蓝绿-绿-黄-橙-红第三级序：蓝绿-绿-黄-橙-红-粉红第四级序：粉红-浅绿-浅橙,色浅且混杂.高级白干涉色：与珍珠表面类似的亮白色.影响因素影响因素光程差光程差R=d暗暗灰灰灰灰白白浅浅黄黄橙橙 紫紫红红蓝蓝蓝蓝绿绿绿绿黄黄橙橙红红蓝蓝绿绿绿绿黄黄橙橙红红粉粉红红浅浅绿绿3.3.干涉色色谱表干涉色色谱表四.干涉色及干涉色色谱表干涉色及干涉色色谱表4.4.异常干涉色异常干涉色一般说来,同一矿物对不同波长单色光的双折射率大小是不相等的,既矿物出现双折射双折射率射散率射散.因此,不同波长单色光通过非均质体非垂直光轴切面后的光程差也

10、不同光程差也不同,结果出现干涉色色谱表上没有的干涉色,称为异常干涉色.例如例如: :绿泥石的普鲁士蓝异常干涉色绿泥石的普鲁士蓝异常干涉色. .五五. .补色法则补色法则和补色器和补色器在正交偏光镜间的450位置,放置两个互相重迭的非均质体矿片(垂直光轴方向切片除外), 光通过这两个矿片后,它们总的光程差增减的法则.补色法则示意图补色法则示意图Np1Ng1Np2Ng2Np2Ng2Np1 Ng1R R总总 = R= R1 1+ R+ R2 2R R总总 = R= R1 1- R- R2 2同名半径同名半径 平行平行异名半径异名半径 平行平行(1).(1).同名半径平行同名半径平行, ,干涉色级序升

11、高干涉色级序升高R R总总=R=R1 1- R- R2 2， R R总总有三种情况有三种情况: :R R总总 R R1 1,R,R总总 R R R1,1, R R总总 R R2: 2: 干涉色级序介于原来两个矿片之间R R总总 R R R2 2: : 干涉色级序介于原来两个矿片之间.(2).(2).异名半径平行异名半径平行, ,干涉色级序降低干涉色级序降低. .R R总总=R=R1 1+ R+ R2 2， 故故 R R总总 R R1 , 1 , R R总总 R R2. 2. 干涉色级序升高.五五. .补色法则补色法则和补色器和补色器 补色法则补色法则 R R1 1=R=R2,2, R R总总=

12、 0, = 0, 此时视域内变黑暗此时视域内变黑暗, ,这种现象称消色这种现象称消色. .五五. .补色法则补色法则和补色器和补色器 补色器补色器在两个矿片中，如果一个矿片的光率体椭圆半径名称及光程差为已知，则可根据补色法则测出另一矿片的光率体椭圆半径名称及光程差. 所谓补色器就是已知光率体椭圆半径名称及光程差的矿片. 几种常见的补色器：几种常见的补色器：石膏试板石膏试板: : 光程差约 550(nm)，正交偏光镜间呈一级紫红的干涉色. 它可使正交偏光镜间矿片的干涉色级序升降一个级序.五五. .补色法则补色法则和补色器和补色器 几种常见的补色器：几种常见的补色器：云母试板云母试板: : 光程差

13、约147nm，相当于黄光的四分之一波长,正交偏光镜间呈一级灰白的干涉色.它可使正交偏光镜间矿片的干涉色级序升降一个色序.石英楔石英楔: : 光程差一般为 0 - 1680(nm),在正交偏光镜间由薄至厚可以依次产生 1 - 3 级干涉色.若在矿片上由薄至厚缓慢地推入石英楔，同名半径平行时,矿片干涉色升高；异名半径平行时，矿片干涉色逐渐降低,当推至石英楔与矿片的光程差相等处， 矿片消色而使视域变黑暗,由此可测出矿片的干涉色级序.实验三实验三. .干涉色级序双折射率的测定干涉色级序双折射率的测定实验目的实验目的掌握1-3级干涉色级序和高级白干涉色的特征学会使用补色器观察矿片干涉色的升降变化学会测定

14、矿片光率体椭圆半径的方向和名称学会测定最高干涉色级序和双折射率的方法实验内容实验内容在正交偏光镜间缓慢地插入石英楔,观察1-3级干涉色级序和高级白干涉色的特征利用补色器测定矿片光率体椭圆半径的方向和名称利用楔形边法判断橄榄石或辉石的干涉色级序利用石英楔测定橄榄石或辉石的干涉色级序并在色谱表上查处其双折射率.将欲测矿物切片置于视域中心，转动物台使其消光，此时矿片的光率体椭圆切面的长、短半径方向和上、下偏光镜的振动方向一致。转物台450，此时矿片的光率体椭圆切面的长、短半径方向和目镜十字丝（代表上、下偏光的振动方向）成450角,，此时矿片的干涉色最亮。从试板孔插入试板，观察矿片的干涉色变化，如果干

15、涉色降低，异名半径平行；如果干涉色升高，则为同名半径平行。试板上的光率体椭圆半径名称和方向是已知的，根据补色法则可确定出矿片上光率体椭圆半径的名称和方向。 注意：根据矿片干涉色的高低选择适当的试板. 矿片光率体椭圆半径方向和名称的测定矿片光率体椭圆半径方向和名称的测定消光位消光位加入试板干涉色升高加入试板干涉色升高 同名平行同名平行P转物台转物台45加入试板干涉色降低加入试板干涉色降低 异名平行异名平行PPPPPAPPA光光率率体体椭椭圆圆半半径径名名称称测测定定1.1.楔形边目估法楔形边目估法颗粒必须具有楔形边，且最外边为一级灰白干涉色，向里逐渐升高，并且该颗粒具有最高干涉色。2.2.石英楔

16、测定法石英楔测定法（1）选择干涉色级序最高的切片，置于视域中心，旋转物台使其消光。（2）旋转物台450,使其光率体椭圆切面长、短半径（Ne和No或Ng和Np）和目镜十字丝（上、下偏光振动方向） 成45角，此位置干涉色最亮。（3）从试板孔缓慢推入石英楔，观察矿片干涉色变化，若干涉色级序逐渐升高，说明同名半径平行，不能测，只有转物台90，使它们异名半径平行。才能测。 最高干涉色级序的测定最高干涉色级序的测定（4）缓慢推入石英楔,矿片干涉色级序逐渐降低,直到矿片消色为止. 然后缓慢拉出石英楔,直到全部拉出为止,注意观察矿片干涉色的变化, 如果期间出现一次红带，则矿片的干涉色为二级, 出现n次红带则其

17、干涉色为n+1级.另一种观测方法:当矿片消色时, 可以移开矿片 (此时视域内呈现原来矿片的干涉色)，然后再缓慢地拉出石英楔,直到全部拉出为止, 注意观察出现的红带数目，如出现n次红带，则其干涉色为n+1级。 最高干涉色级序的测定最高干涉色级序的测定2.2.石英楔测定法石英楔测定法4590(1)(2)(3)用石英楔测定干涉色级序示意图用石英楔测定干涉色级序示意图 最大双折射率值测定最大双折射率值测定根据 R = d, 双折射率 = R/d， 因此，只要测定出矿物的最高干涉色级序和矿片厚度，即可以求出值的大小。1. 光程差R的测定（就是干涉色级序的测定）2. 薄片厚度的测定（一般为0.03mm）3

18、. 代入公式进行计算或查干涉色色谱表即可.实验四实验四. .消光类型消光类型 消光角和延性消光角和延性符号符号的测定的测定实验目的实验目的认识认识消光类型消光类型学会学会消光角和延性符号消光角和延性符号的测定方法的测定方法认识认识双晶的特点双晶的特点实验内容实验内容观察黑云母或白云母的平行消光并观察黑云母或白云母的平行消光并测定起延性符号测定起延性符号观察普通角闪石的对称消光及斜消观察普通角闪石的对称消光及斜消光类型光类型; ;测定其消光角测定其消光角, ,即在即在(010)(010)切面上测定切面上测定CNgCNg双晶的观察双晶的观察一一. 消光类型消光类型(一一). 消光类型的含义消光类型

19、的含义:指矿片处于消光位时, 矿片的解理缝, 双 晶缝, 或晶体的轮廓(它们与结晶轴有一定的关系)等与目镜十字丝(代表上/下偏光的振动方向)的相互关系.(二二). 消光类型的划分消光类型的划分:(1). 平行消光平行消光: 矿片处于消光位时,其解理缝,双晶缝或晶棱等与目镜十字丝之一平行.(2). 对称消光对称消光: 矿片处于消光位时, 它的两组解理缝,两个晶面迹线或两组双晶缝夹角的角平分线与目镜十字丝平行.(3). 斜消光斜消光: 矿片处于消光位时, 其解理缝,双晶缝或晶棱等与目镜十字丝斜交.平行消光平行消光对称消光对称消光斜消光斜消光一一. 消光类型消光类型各种消光类型示意图各种消光类型示意

20、图一一. 消光类型消光类型(三三). 消光类型的影响因素消光类型的影响因素矿片的消光类型取决于矿物的光性方位和切面方向,不同晶系矿物的消光类型具有各自的特征.1. 中级晶族中级晶族:多数切面为平行消光和对称消光,斜消光的切面少见.2. 斜方晶系斜方晶系:多数切面为平行消光和对称消光,少数切面出现斜消光.消光角大多较小.3. 单斜晶系单斜晶系:不同切面的消光类型可能不同. 例如Nm平行b轴的角闪石: 在(100)面上为平行消光;在(001)面上为对称消光; 在(010)面上为斜消光(在该切面上,Ng轴与C轴共面, 故可以测定 CNg).4. 4. 三斜晶系三斜晶系: :多数切面为斜消光.二二.

21、.消光角及其测定方法消光角及其测定方法( (一一). ). 消光角的表示方法消光角的表示方法消光角一般以结晶轴与光率体椭圆半径之间的夹角表示消光角一般以结晶轴与光率体椭圆半径之间的夹角表示. .对单斜晶系而言,包含Ng,Np轴和a,c结晶轴的光轴面大多与(010)面平行,因此通常可以在(010)面上测定光率体主轴与结晶轴之间的夹角.例如例如, ,单斜辉石或普通角闪石即在单斜辉石或普通角闪石即在(010)(010)上测定其消光角上测定其消光角(cNg).(cNg).( (二二). ). 单斜辉石和角闪石消光单斜辉石和角闪石消光角的测定方法角的测定方法1. 选择合适的定向切面选择合适的定向切面 与

22、与光轴面平行的光轴面平行的(010)(010)面的特征面的特征: 有一组解理 (代表c轴方向);多色性最明显;干涉色最高;锥光下具闪图.2. 将矿片置于视域中心将矿片置于视域中心, 旋转载物台至消光位旋转载物台至消光位.3. 测定光率体椭圆半径名称测定光率体椭圆半径名称, 即确定即确定NgNg的方向的方向. .4. 测定测定解理缝和解理缝和NgNg的夹角的夹角, ,即即cNg.(cNg.(见图示见图示).).Ng纵丝（纵丝（1）解理缝解理缝纵丝纵丝（2）消光位消光位a45b1c1dc2定轴名定轴名45b2单斜辉石或角闪石消光角的测定步骤示意图单斜辉石或角闪石消光角的测定步骤示意图三三. 延性符

23、号及其延性符号及其测定测定 延性符号含义延性符号含义: 指一向延长的针柱状矿物的延长方向与其光率体椭圆长短半径的关系. 延性符号描述延性符号描述: 如果矿物的延长方向和长半径平行或两者交角小于450, 则称正延性正延性; 如果矿物的延长方向和短半径平行或两者交角小于450, 则称负延性负延性. 延性符号测定延性符号测定: 对于斜消光的矿物, 只要测出消光角的大小,即知其延性符号.对于平行消光的矿物, 延性符号的测定方法见下页图. 注意注意: 有时延性正负不分有时延性正负不分.例如矿物的延长方向平例如矿物的延长方向平行行Nm轴轴; 矿物的延长方向与长短半径的交角为矿物的延长方向与长短半径的交角为450.A 消光位消光位B 正延性正延性C 负延性负延性 干涉色干涉色 升高升高 干涉色干涉色 降低降低晶体延性符号测定步骤示意图晶体延性符号测定步骤示意图四四. 双晶的观察双晶的观察矿物的双晶指同一晶体由两个或多个单体连生在一起矿物的双晶指同一晶体由两个或多个单体连生在一起.(一一). 双晶的表现形式双晶的表现形式不同单体的光性方位不同,因此在正交偏光镜间表现为相邻两单体不同时消光, 呈现一明