212-晶体的光率体讲解课件

1、1.1.光率体概念光率体概念2.均质体的光率体均质体的光率体3.一轴晶光率体一轴晶光率体4.二轴晶光率体二轴晶光率体2.1.2 晶体的光率体晶体的光率体2.1.2 晶体的光率体一一. .光率体概念光率体概念1.1.光率体光率体是表示光波在晶体中传播时，是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向光波振动方向与相应与相应的的折射率值折射率值之间关系的一种之间关系的一种光性指示体光性指示体。2.2.光率体的做图方法：光率体的做图方法：设想各个方向入射的光波均通过晶体设想各个方向入射的光波均通过晶体的中心点振动，在光波的振动方向上依其折射率值的大小按的中心点振动，在光波的振动方向上依其折射率值的大小按比例

2、截取一定长度的线段，再把各线段的端点联结起来，即比例截取一定长度的线段，再把各线段的端点联结起来，即成光率体。实际上光率体是根据晶体的不同方向上的切片，成光率体。实际上光率体是根据晶体的不同方向上的切片，在折光仪上测出各个光波振动方向上的相应折射率值所做的在折光仪上测出各个光波振动方向上的相应折射率值所做的立体图形。立体图形。问题：问题：（1）晶体内部有多少个光率体？）晶体内部有多少个光率体？（2）光率体的切面为什么要通过光率体的中心？）光率体的切面为什么要通过光率体的中心？处处存在晶体是由无数个晶胞构成。光率体表示的光率体表示的是某一个方向上折射率的大小，是某一个方向上折射率的大小，晶体晶体

3、所有平所有平行的切面的光学性质相同行的切面的光学性质相同，可以用通过光率体中心的切面，可以用通过光率体中心的切面来表示。来表示。（3）光率体是在晶体中实际存在的吗？）光率体是在晶体中实际存在的吗？光率体是一立体图形，是从光波振动方向与相应的折光率体是一立体图形，是从光波振动方向与相应的折射率的实际测量中射率的实际测量中抽象抽象得出的概念。晶体的光学性质得出的概念。晶体的光学性质不同，光率体亦不同。不同，光率体亦不同。2.1.2晶体的光率体2.1.2晶体的光率体 3.光率体的特点：光率体的特点： a.形状简单，应用方便。只要知道光线的传播方向，形状简单，应用方便。只要知道光线的传播方向，即可以得

4、到两偏光的振动方向及相应折射率值。即可以得到两偏光的振动方向及相应折射率值。 b.反映了晶体光学性质中最本质的特点。反映了晶体光学性质中最本质的特点。 c.晶体光学的各种现象都可以应用光率体进行解释。晶体光学的各种现象都可以应用光率体进行解释。 二二.均质体（非晶体、等轴晶系）的光率体均质体（非晶体、等轴晶系）的光率体问题：光线在均质体中的传播特点？问题：光线在均质体中的传播特点？（1）光波在均质体中传播，其传播速度不因振动方向的改光波在均质体中传播，其传播速度不因振动方向的改变而改变。（入射光为自然光，折射光为自然光，入射光为变而改变。（入射光为自然光，折射光为自然光，入射光为偏光，折射光为

5、偏光。）偏光，折射光为偏光。）（2）自然光入射后不发生双折射，介质）自然光入射后不发生双折射，介质在在各个方向上的光各个方向上的光学性质相同，即折射率值为常数学性质相同，即折射率值为常数2.1.2晶体的光率体（1）按光率体作图法，其光率体为一）按光率体作图法，其光率体为一圆圆球体。不同均质体因折射球体。不同均质体因折射率不等，率不等，圆球体的半径圆球体的半径不同。不同。任意一个通过光率体中心的切面为任意一个通过光率体中心的切面为一圆形。一圆形。均质体光率体的特点：均质体光率体的特点：（2）任何方向的切面都为圆切面，圆切面的）任何方向的切面都为圆切面，圆切面的半径代表折射率的半径代表折射率的大小

6、大小，圆切面的，圆切面的法线方向是入射光的方向法线方向是入射光的方向。2.1.2晶体的光率体1.一轴晶晶体类型：中级晶族一轴晶晶体类型：中级晶族中级晶族（六方晶系、三方晶系、四方晶系）的晶体常数中级晶族（六方晶系、三方晶系、四方晶系）的晶体常数特点？特点？三三. 一轴晶光率体一轴晶光率体四方：四方：a=bc，=90三方与六方：三方与六方： a=bc， =90 ， =120晶体常数的特点：水平结晶轴的轴单位相同，则水晶体常数的特点：水平结晶轴的轴单位相同，则水平方向平方向上的光学性质相同。上的光学性质相同。2.1.2晶体的光率体2.一轴晶光率体的做图：一轴晶光率体的做图：例如：以石英晶体为例。例

7、如：以石英晶体为例。（1）当光线垂直石英（三方晶系）当光线垂直石英（三方晶系）c轴入射，轴入射，发生双折射。产生两束振动方向相互垂直的发生双折射。产生两束振动方向相互垂直的光线。一束振动方向垂直光线。一束振动方向垂直c轴的常光，轴的常光， No 1.544。另外一束振动方向平行于。另外一束振动方向平行于c轴的非轴的非常光，常光， Ne 1.553。（2）在平行）在平行c轴的方向截取轴的方向截取Ne，垂直，垂直c轴方向截取轴方向截取No，以此二，以此二线段为长短轴可以得到一椭圆。线段为长短轴可以得到一椭圆。（3）将所有沿垂直于）将所有沿垂直于c轴入射的光线得到的椭圆按照空间位置轴入射的光线得到的

8、椭圆按照空间位置连接起来，即可以得到石英晶体的光率体。即为以连接起来，即可以得到石英晶体的光率体。即为以Ne为旋转轴，为旋转轴，以以No为旋转半径的旋转椭球体。为旋转半径的旋转椭球体。 2.1.2晶体的光率体石英晶体光率体三个切面的立体示意图这种光率体特点：这种光率体特点：其旋转轴为长轴（光其旋转轴为长轴（光轴），轴），光线沿光轴方向光线沿光轴方向振动的折射率值大，振动的折射率值大，垂垂直光轴方向振动的折射直光轴方向振动的折射率值最小率值最小。光率体为一。光率体为一拉长的椭球体。拉长的椭球体。2.1.2晶体的光率体入射光No=1.544Ne=1.553Ne=NgNo=Np石英晶体光率体（NeN

9、o）示意图c2.1.2晶体的光率体（2）当光线垂直方解石（三方晶系）当光线垂直方解石（三方晶系）c轴入射，轴入射，No1.658，Ne1.458入射光No=1.658Ne=1.486Ne=NpCNo=Ng方解石光率体（方解石光率体（NeNo）示意图）示意图2.1.2晶体的光率体方解石一类晶光率体特点：方解石一类晶光率体特点：其旋转轴为短轴（光轴），其旋转轴为短轴（光轴），光线沿光轴方向振动的折射率值小，光线沿光轴方向振动的折射率值小，垂直光轴方向振动的折射率值最最大垂直光轴方向振动的折射率值最最大。光率体为一压扁的椭球。光率体为一压扁的椭球体。体。3.一轴晶的光率体特点？一轴晶的光率体特点？（

10、1）是一旋转椭球体，其旋转轴为）是一旋转椭球体，其旋转轴为Ne轴。水平轴为轴。水平轴为No轴。轴。（2）Ne与与No代表一轴晶矿物折射率的最大值与最小值，代表一轴晶矿物折射率的最大值与最小值，称为主折射率。称为主折射率。2.1.2晶体的光率体Nmax一般以一般以Ng表示，表示，Nmin以以Np表示表示当当NgNe，NpNo时为正光性时为正光性当当NgNo，NpNe时为负光性时为负光性Ng与与Np之差（之差（NgNp）是一轴晶矿物的最大双折射率。）是一轴晶矿物的最大双折射率。NoNoNeNo4.光性正负的判断光性正负的判断5.一轴晶光率体的主要切片一轴晶光率体的主要切片（1）垂直光轴的切片）垂直

11、光轴的切片2.1.2晶体的光率体垂直光轴的光率体切片特点：垂直光轴的光率体切片特点：NeNoNoNeNoc.双折射率值为双折射率值为0，一轴晶光率体只有一组这样的切面。，一轴晶光率体只有一组这样的切面。（2)平行光轴的切面平行光轴的切面 a.切面形状为圆形，半径为切面形状为圆形，半径为No。b.光波垂直这种切面入射光波垂直这种切面入射(沿光轴方向入射），不发生双折射，沿光轴方向入射），不发生双折射，也不改变入射光波的振动方向，折射率值为也不改变入射光波的振动方向，折射率值为No。2.1.2晶体的光率体平行光轴的光率体切片特点：平行光轴的光率体切片特点：(3)斜交光轴的光率体切面斜交光轴的光率体

12、切面 c.此种切面上有最大双折射率此种切面上有最大双折射率NgNp b.光波垂直入射（垂直光轴）发生双折射，分解成两束偏光波垂直入射（垂直光轴）发生双折射，分解成两束偏光，其振动方向分别与椭圆的长短半径平行，折射率分别光，其振动方向分别与椭圆的长短半径平行，折射率分别等于等于Ne及及Np。 a.切面为椭圆，长短轴分别为切面为椭圆，长短轴分别为Ng及及Np（正光性时长轴为（正光性时长轴为Ne，负光性时短轴为，负光性时短轴为Ne）NeNeNoNo光线入射方向NeNo2.1.2晶体的光率体斜交光轴的光率体切片特点斜交光轴的光率体切片特点:a.斜交切面仍为椭圆，长短半径分别为斜交切面仍为椭圆，长短半径

13、分别为No及及Ne。 b.光波垂直此种切面入射，发生双折射，双折射率等于光波垂直此种切面入射，发生双折射，双折射率等于|NeNo|，双折射率递变于，双折射率递变于0与与NgNp之间。之间。 c.一轴晶任何斜切面始终有一个半径是一轴晶任何斜切面始终有一个半径是No，当为正光性，当为正光性时，短轴为时，短轴为No，当为负光性时，长轴为，当为负光性时，长轴为No。2.1.2晶体的光率体一轴晶光率体主要切面示意图（正光性）2.1.2晶体的光率体一轴晶光率体应用总结：一轴晶光率体应用总结：（1）当入射光线方向一定，则垂直此方向通过光率体中心可以切出椭圆或圆切面。（2）椭圆切面的长短半径方向分别代表入射光

14、发生双折射后两条偏光的振动方向，其长度代表相应的折射率值。长短半径之差代表双折射率值。（3）光沿光轴方向入射，双折射率为零；光垂直光轴入射，双折射率最大；光斜交光轴入射，双折射率在零与最大值之间。2.1.2晶体的光率体四四.二轴晶光率体二轴晶光率体1.晶体类型：低级晶族（斜方晶系、晶体类型：低级晶族（斜方晶系、三斜晶系、单斜晶系）三斜晶系、单斜晶系）晶体常数？晶体常数？橄榄石（斜方晶系 ）斜方：斜方：abc，=90单斜：单斜： abc， =90 ， 120三斜：三斜： abc，90晶体常数的特点？晶体常数的特点？结晶轴的轴单位在结晶轴的轴单位在x，y，z方向均不相同方向均不相同2.1.2晶体的

15、光率体2.二轴晶光率体的做图（以镁橄榄石为二轴晶光率体的做图（以镁橄榄石为例）：例）： （1）当光线沿）当光线沿C轴入射，发生双折射。轴入射，发生双折射。b1.7151.651ac沿c轴入射产生两束振动方向相互垂直的光线。经产生两束振动方向相互垂直的光线。经测定一束振动方向平行测定一束振动方向平行a轴，轴， N 1. 715,另外一束振动方向平行于另外一束振动方向平行于b轴，轴， N 1.651。在。在a轴上可以截取轴上可以截取1.715，b轴上截取轴上截取1.651，以此二线段可以得到，以此二线段可以得到一个垂直于一个垂直于c轴的椭圆切面。轴的椭圆切面。2.1.2晶体的光率体（2）沿）沿a轴

16、入射轴入射1.6801.651ba沿a轴入射1.6801.715aa沿b轴入射c（3）沿）沿b轴入射轴入射偏光的振动方向经过测定发现分偏光的振动方向经过测定发现分别沿别沿b轴和轴和c轴振动，可以得到一轴振动，可以得到一个椭圆切面。个椭圆切面。偏光的振动方向经过测定发现分偏光的振动方向经过测定发现分别沿别沿a轴和轴和c轴振动，可以得到一轴振动，可以得到一个椭圆切面。个椭圆切面。2.1.2晶体的光率体（4）将三个椭圆的切面按照其在空间的位置联系起来，可以）将三个椭圆的切面按照其在空间的位置联系起来，可以得到一个椭球体，即为镁橄榄石的光率体。为一三轴椭球体。得到一个椭球体，即为镁橄榄石的光率体。为一

17、三轴椭球体。b（Np=1.651）a（Ng=1.715）c（Nm=1.680）椭圆的三个轴为分别平行于a、b、c轴的折射率， 规定规定NgNmNp ，本例中Ng平行于a，Nm平行于c，Np平行于b。）2.1.2晶体的光率体NgNpNpNpNmNgNgOA光轴二轴晶光率体上主轴和光轴3.几个基本概念：（1）光学主轴（主轴）：三轴椭球体）光学主轴（主轴）：三轴椭球体的三个轴（的三个轴（NgNmNp）（2）光率体的主切面：包括两）光率体的主切面：包括两个主轴的光率体切面。（个主轴的光率体切面。（NgNp、NgNm、NpNm）2.1.2晶体的光率体（3）光轴面：包含两根光轴的切面称）光轴面：包含两根光

18、轴的切面称为光轴面（即为光轴面（即NN面）。以符号面）。以符号Ap表示。表示。（4）光学法线：通过光率体中）光学法线：通过光率体中心垂直光轴面的直线称为光学法心垂直光轴面的直线称为光学法线（即线（即N）。）。（5）光轴角：二光轴所夹角称）光轴角：二光轴所夹角称为光轴角，锐角符号为光轴角，锐角符号2V，钝角符，钝角符号号2E。锐角平分线叫。锐角平分线叫Bxa，钝角，钝角平分线叫平分线叫Bxo，两者均在光轴面，两者均在光轴面上。上。二轴晶光率体上圆切面2.1.2晶体的光率体（1）主折射率大小判断光性正负：正光性：Ng-NmNm-Np,Bxa=Ng，Bxo=Np；负光性： Ng-NmNm-Np,Bx

19、a=Np；Bxo=Ng NpNmNgOAOA4.光性正负的判别2.1.2晶体的光率体（2）二轴晶光轴角： NpNmNmNgVNmNgNpNmVtantan负光性：正光性：NpNmNgOAOA2.1.2晶体的光率体5.二轴晶光率体的几个主要切面：（1）垂直光轴的切面NmNmNpNmNgOAOA特点：光线沿光轴入射特点：光线沿光轴入射,光率体切面为光率体切面为圆圆，折射率为，折射率为Nm，不发不发生双折射生双折射，不改变入射光的振动方向不改变入射光的振动方向。2.1.2晶体的光率体（2）平行光轴面的切面NpNgNgNpNpNg特点：特点：光线沿光线沿Nm的的方向入射方向入射 ，光率体的切面光率体的

20、切面为为椭圆切面椭圆切面，椭圆的椭圆的长短轴长短轴为为Ng和和Np，具有具有最大双折最大双折射率。射率。2.1.2晶体的光率体（3） 垂直Bxa的切面 NgNmNmNp负光性正光性特点：特点：光线光线沿沿Bxa的的方向入射方向入射 ，光，光率体为一率体为一椭圆椭圆，正光性正光性椭圆的椭圆的长短轴为长短轴为Nm和和Np，负光性负光性椭椭圆的长短轴为圆的长短轴为Ng和和Nm，双，双折射率介于最折射率介于最大和零之间。大和零之间。2.1.2晶体的光率体（4）垂直Bxo的切面NgNmNmNp正光性负光性Bxo=NgBxa=NpBxo=NpBxa=Ng特点：特点：光线沿光线沿Bxo的的方向入射方向入射

21、，光，光率体的切面为率体的切面为椭圆切面，正椭圆切面，正光性椭圆的光性椭圆的长长短轴为短轴为Nm和和Ng，负负光性椭光性椭圆的长短轴为圆的长短轴为Np和和Nm，双双折射率折射率介于最介于最大和零之间。大和零之间。2.1.2晶体的光率体(5) 斜交切面（既不垂直于主轴，也不垂直于光轴的切面，是最常见的切面)a.垂直于主轴面的斜交面光率体切面的椭圆中有一个是主轴（光率体切面的椭圆中有一个是主轴（Ng、Np或或Nm），另一），另一半径为半径为Np或或Ng。在这种切面中比较重要的是垂直光轴面的。在这种切面中比较重要的是垂直光轴面的斜交面。其椭圆半径之一是斜交面。其椭圆半径之一是Nm。2.1.2晶体的光率体b.任意斜交面2.1.2晶体的光率体二轴晶主要切面类型及特征二轴晶主要切面类型及特征2.1.2晶体的光率体晶体的光率体主要切面小结晶体的光率体主要切面小结光光性性符符号号光率体光率体形态形态OA切切面面OA切面切面AP切面切面AP切切面面Bxa切切面面Bxo切面切面任意切面任意切面最大双最大双折射率折射率N均质体均质体圆球圆球N0一轴晶一轴晶正正长形椭长形椭球体球体NoNe/NoNe/NoNe-No负负扁形椭扁形椭球体球体NoNe/NoNe/NoNo-Ne二轴晶二轴晶正正三轴不三轴