正交偏光镜下的晶体光学性质

第四章正交偏光镜下的晶体光学性质一种比蔗糖甜200倍的甜味剂DNA的自然状态维生素C、聚氯乙烯等食糖海浪阿司匹林维生素C“BizarreWindows”维生素C“TheStand”硫磺“Lover’sLeap”硫磺库地橄榄岩未来之路祁漫塔格阿达滩白云母第一节 正交偏光镜的装置及特点一、装置1.在下偏光镜PP的基础上，推入上偏光镜，且上偏光镜(AA)与下偏光镜(PP)的振动方向互相垂直，并分别平行于目镜十字丝的方向。2.观察的光学性质在正交偏光镜装置下，可以观察矿物的晶体性质包括:消光、消光位和消光类型，消光角的大小观察矿物的干涉色,测定矿物干涉色的级序观察矿物双晶，测定矿物延性正负等。方解石干涉色二、正交偏光镜的特点1.不放薄片,视域为黑暗,因为PP光,不能通过AA方向,光波无法通过上偏光镜,视域黑暗.二、正交偏光镜的特点2.若放薄片,且切片方向为均质体任意切面,或非均质体垂直光轴的圆切面,不发生双折射,光波透过薄片后,不发生双折射,得到的一束偏光仍不能透过上偏光镜AA方向,视域黑暗,产生消光二、正交偏光镜的特点3.若放薄片,且为非均质体斜交光轴切面,但光率体椭圆半径之一平行PP(垂直AA),光波透过薄片后,不发生双折射,得到的一束偏光仍不能透过上偏光镜AA方向,视域黑暗,产生消光.二、正交偏光镜的特点4.若放薄片,为非均质体斜交光轴切面,且光率体椭圆半径之一与PP斜交,PP偏光透过薄片后,发生双折射,分解为2种偏光,这2种偏光再透过上偏光AA后,发生干涉现象,最后显示一定的颜色(后边详细讲)二、正交偏光镜的特点：小结第二节消光与消光类型概念:消光——透明矿物薄片，在正交偏光镜下呈黑暗的现象，称为消光。消光位——消光时所处的位置，称为消光位。一、矿物的三种消光现象1.全消光——

均质体或非均质体垂直光轴的切片,在正交偏光镜下,旋转物台360,视域始终呈黑暗,这种现象称为全消光.

(原因见右图)一、矿物的三种消光现象2.四次消光——

非均质体除垂直光轴以外的任何切片,在正交偏光镜下,旋转物台360,视域呈四次黑暗、四次明亮的现象，黑暗时为消光，因此称为四次消光.

(原因见右图)

一、矿物的三种消光现象3.不消光——非均质体矿物集合体，在正交偏光镜下,有的矿物颗粒光率体椭圆半径与PP，AA一致，呈消光状态，而同时其他大部分的矿物矿物颗粒光率体椭圆半径与PP，AA斜交，因此整个集合体的视域不消光。二、矿物的三种消光类型划分的依据：

依据矿物消光时，矿物的解理、双晶缝以及晶面迹线与目镜十字丝的关系，可以划分出三种消光类型。1.平行消光矿片消光时，解理缝、双晶缝或晶面迹线与目镜十字丝之一平行。2斜消光矿片消光时解理缝、双晶缝或晶面迹线与目镜十字丝斜交。消光角——解理缝、双晶缝或晶面迹线与光率体椭圆半径之间的夹角称为消光角。如单斜辉石Ng∧C>303对称消光矿片消光时，目镜十字丝平分两组解理缝或两条晶面迹线的夹角。三、各晶系矿物的消光类型1.中级晶族矿物光率体之Ne(光轴)与晶体C晶轴一致,平行消光、对称消光为主三、各晶系矿物的消光类型2.低级晶族矿物(1)斜方晶系3个主轴Ng，Nm，Np与晶体a,b,c一致，平行消光、对称消光为主，若有斜消光，其消光角也不大。三、各晶系矿物的消光类型2.低级晶族矿物(2)单斜晶系晶体b轴与Ng，Nm，Np之一重合，其余2个分别斜交。例如普通角闪石Nm＝b，Ng∧c=15-20,有{110}解理

，不同方向切面消光类型不同

//(001)切面为对称消光

//(010)切面为斜消光

//(100)切面为平行消光三、各晶系矿物的消光类型2.低级晶族矿物如斜长石(An35)Ng∧b,Nm∧cNp∧a，(3)三斜晶系a,b,c轴与Ng，Nm，Np分别斜交绝大多数切面为斜消光，且消光角随着切面方向不同而有差异小结：晶系与消光类型等轴晶系：全消光中级晶族：平行消光斜方晶系：平行消光、对称消光单斜晶系：平行消光、对称消光、 斜消光三斜晶系：斜消光小结：不同晶系的矿物及其不同方向大切片，其消光类型不同。第三节光的干涉现象与光程差一、光波的相干性光的干涉作用——波长相同、相差恒定、传播方向相近的2束或者2束以上的光在同一介质中相遇时，在重叠区相互作用产生相长增强或相消减弱的明暗相间的干涉条纹的现象。(1)若振动方向一致、频率相同——双倍振幅，相长增强、亮度增加(2)若谷对峰、峰对谷的相干波——振幅减弱或者抵消。二、正交偏光间光的干涉现象1.薄片中偏光分解偏光进入处于消光位以外的非均质体切片时，发生双折射现象，即分解成K1和K2振动的两束偏光。路径:PP——进入光片——发生双折射——分解为2束偏光K1和K2，且NK1>NK2K1和K2速度不同，先后透过薄片2.上偏光中偏光的再次分解由于K1折射率大于K2折射率，故在薄片中的传播速度不同，因而先后透出薄片并到达上偏光镜。因其振动方向既不平行又不垂直上偏光镜的振动方向，所以再次发生分解，

K1分解为K1′与K1″，

K2分解为K2′与K2″。分解后K1′与K2′与AA平行,可以通过; K1″与K2″与AA垂直,无法通过;二、正交偏光间光的干涉现象3.透过上偏光镜后的偏光汇聚透过AA后的2束偏光K1′与K2′特征为:K1′与K2′是由同一种偏光经过2次分解而形成的,因此其频率相同K1′与K2′光程差固定K1′与K2′在同一平面内振动(//AA)因此,K1′与K2′是相干波,会发生干涉现象,并且取决于光程差R正交偏光间光的干涉现象小结三、光程差有关参数:波长λ,光程差R1.2束偏光发生干涉的3种情况若R=2n(λ/2)——（半波长偶数倍），K1’与K2’振动方向相反，干涉的结果是二者互相抵消,黑暗；若R=（2n+1)（λ/2）——（半波长奇数倍），K1’与K2’震动方向相同、振幅相等，互相增强，亮度增强若Ｒ处于上述二者之间，K1’与K2’干涉结果是，其亮度介于黑暗与最强之间。光程差R——指两束光通过介质后传播距离的差值三、光程差2.光程差的计算推导过程(2)推导结果：光程差(R)等于矿片厚度(d)乘以双折率(Ng-Np)R=d(Ng-Np)光程差影响光程差R大小的因素：(1)矿物性质(2)切面方向(3)薄片厚度应综合考虑：不同矿物的

N不同即使同一矿物、不同方向N也不同

//OA或者//AP，——N最大

OA，——N=0

其余的切面，——N=0～MaxR=d(Ng-Np)光程差干涉结果与视域亮度，还与K1′与K2′的振幅λ的大小有关λ越大——亮度越强45

位置————当光率体椭圆半径与AA，PP成45

夹角的时候，K1′与K2′的振幅最大，视域最明亮，称为45

位置R=d(Ng-Np)第四节、干涉色及干涉色色谱表一、干涉色及其成因石英楔:把石英沿着c轴方向磨成一个楔状,称为石英楔. Q,最大

N=0.009,为固定值R=d(Ne-No)=d•N

将石英楔由薄到厚慢慢推入试板孔内,由于d逐渐增大,则R随着d逐渐增大Rd第四节、干涉色及干涉色色谱表2.单色光光源在正交镜45

位置,插入石英楔,慢慢移动,视域内依次出现明暗相间的干涉条带产生原因：若R=2n(λ/2)——黑带；若R=（2n+1)（λ/2）——亮带若Ｒ处于上述二者之间，亮度介于黑暗与最强之间。亮带中心与暗带的距离,取决于λ第四节、干涉色及干涉色色谱表3.白光光源7种不同λ的单色光混合若R=2n(λ/2)——黑带；若R=（2n+1)（λ/2）——亮带对于某一个光程差R，一种单色光可能是R2n(λ/2)——黑带暗而另外一种单色光，则未必黑暗每种单色光按照不同的规律发生叠加加强和抵消减弱因此与此R对应的7种单色光再混合在一起的混合色，就形成了干涉色。白光干涉的各种单色光干涉色红光λ大，带宽紫光λ小，带窄干涉色：单色光混合色是由白光通过正交偏光镜间的薄片（非均质体的非垂直光轴的切面）后，经干涉作用形成的，称为干涉色第四节、干涉色及干涉色色谱表一、干涉色的级序产生：白光作为光源，在正交镜在正交镜45

位置,将石英楔由薄到厚慢慢推入试板孔内,由于d逐渐增大,则R随着d逐渐增大，在视域内出现有规律的、连续的干涉色：干涉色与干涉色色谱表I级：暗灰-灰白-浅黄-橙-紫红0-550nmII级：蓝-蓝绿-绿-黄-橙-紫红550-1100nmIII级：蓝-绿-黄-橙-红1100-1650nmIIIIII第四节、干涉色及干涉色色谱表二、干涉色的级序产生：白光作为光源，在正交镜在正交镜45

位置,将石英楔由薄到厚慢慢推入试板孔内,由于d逐渐增大,则R随着d逐渐增大，在视域内出现有规律的、连续的干涉色：级序升高：干涉色向R增大方向变化——降低：————R减小————二、干涉色色谱表及其应用各个级序干涉色的特征I级：暗灰-灰白-浅黄-橙-紫红0-550nm特色：无蓝绿，出现特有的灰色，灰白色II级：蓝-蓝绿-绿-黄-橙-紫红550-1100nm特色：蓝-绿-黄-橙-紫红，颜色鲜艳，色彩浓而纯，色带之间界线较清楚，尤其是二级蓝最清晰最显著的颜色——二级蓝III级：蓝-绿-黄-橙-红1100-1650nm与第二级颜色出现顺序一致，但是条带之间界线不如二级清楚，三级绿最鲜艳最显著的颜色——三级绿IV级：粉红-浅绿-浅橙1650-2200nm颜色更浅，混杂不纯，条带之间界线更模糊干涉色与干涉色色谱表第五级或以上，为高级白干涉色，>2200nm各色混杂，与珍珠表面接近，呈亮白色IIIIIIIVV三、干涉色色谱表及其应用1.干涉色色谱表包含的内容:级序，R，

N，d,且R=d(Ne-No)=d•N

随着R增大，出现各个级序干涉色三、干涉色色谱表及其应用2.应用若已知某一矿物最高干涉色级序R和d，

N

＝R/d，可以求出双折率R=d(Ne-No)=d•N

(2)若已知级序R和

N，

d=R/N三、干涉色色谱表及其应用2.应用举例：石英最高干涉色为一级黄白，R＝270nm,薄片厚度为0.03mm,它的双折率多少？解答：查表

N=0.009R=d(Ne-No)=d•N

举例：石英最高干涉色为一级黄白，R＝270nm,它的双折率0.009,薄片厚度为多少？解答：查表

d=0.03mm三、异常干涉色

（自学）第五节、补色法则与补色器附件：云母试板、石膏试板和石英楔一、补色法则1.定义——在正交偏光镜的45

位置放置两个互相重叠的非均质体矿片(垂直光轴切片除外)，在光波通过此二矿片后，其总的光程差增减法则称补色法则。2.补色法则若Ng1//Ng2,Np1//Np2，

R=R1+R2,

同名半径平行，干涉色级序升高若Ng1//Np2，Ng2//Np1，

R=R1－R2,异名半径平行，干涉色级序降低若异名半径平行， 且R1＝R2

R=0

干涉色为黑色－消光设第一个非均质体椭圆半径为Ng1，Np1，光程差为R1

第二个—————————Ng2，Np2，————R2偏光矢量分解平面图为何45o位？由右图可以知道，只有a与b同时为45o时，K值才会最大，这就是为什么我们强调45o位的原因。二、常用补色器

1.石膏试板R=550nm，干涉色呈一级紫红，Ng、Np方向已标注在试板上。仅适用于干涉色较低的矿片(二级黄以下的干涉色)。在矿片上插入石膏试板后，干涉色升高或降低一个级序。举例A:矿片干涉色为二级黄，加入石膏试板后，升高变为三级黄或者降低变为一级黄。举例B:矿片干涉色为一级灰(R=150nm)，加入石膏试板(R=550nm)后，同名半径平行时，总光程差R=550+150=700nm，矿片干涉色由一级灰变为二级蓝(升高)。异名半径平行时，总光程差R=550-150=440nm，矿片干涉色由一级灰变为一级橙黄(降低)。判断干涉色的升降时，低于一级的干涉色应当以石膏试板一级紫红的干涉色为基准，石膏试板长边为Np方向。2.云母试板R=147nm(137nm)左右，相当于黄光的1/4波长，故称1/4λ试板.干涉色呈一级灰，长边为Np方向。适用于干涉色为二级或三级的矿片.在矿片上插入云母试板后，干涉色升降一个色序。举例:如矿片干涉色为一级紫红，加入云母试板后，升高为二级蓝，降低为一级橙黄。二、常用补色器3.石英楔平行石英光轴方向磨成一个从薄至厚的楔形石英片，用树胶粘在两块玻璃片之间而成。R=0～1650nm插入石英楔从薄至厚依次产生一级至三级的干涉色。石英楔长边为Ng方向。实际上我们使用的石英楔长边为Np方向.二、常用补色器补色器设计原理-依据干涉色级序图课堂思考题1.当矿片在正交偏光系统下处于消光位时，插入石膏试板（或云母试板）视域有何变化？2.方解石等碳酸盐矿物除垂直光轴切面外，其它任意方向切面在正交偏光系统下显示高级白干涉色，此时若插入石膏试板，矿物的干涉色为什么看不到有什么变化？第六节、正交偏光镜下主要光学性质的观察与测定方法

晶体的消光、消光位和消光类型，测定消光角的大小，观察矿物的干涉色并测定矿物干涉色的级序，观察双晶，测定矿物的延性正负等。一、非均质体矿片上光率体椭圆半径方向及名称的测定

1.将欲测矿片置视域中心，转动载物台使矿片消光(消光位)，此时矿片上光率体椭圆半径方向必定平行上、下偏光镜振动方向AA、PP。2.旋转45°再转动载物台45°,矿片干涉色最亮,此时矿片上光率体椭圆半径与目镜十字丝成45°夹角。3.插入试板1从试板孔(45°位置)插入试板，观察干涉色级序的升降变化。如果干涉色级序降低，说明试板与矿片上光率体椭圆切面的异名半径平行。4.插入试板2如果干涉色级序升高，表明试板与矿片上的光率体椭圆切面的同名半径平行。测定光率体椭圆半径方向及名称的全过程二、干涉色级序的观察与测定1.目估法各级干涉色都具有一定特点，了解它的特点，凭实际经验便可认出它是几级干涉色，如Ⅰ级灰、Ⅱ级蓝、Ⅲ级绿等特征干涉色。2、楔形边法利用矿片楔形边缘的干涉色圈，判断矿物的干涉色级序，是比较简单的方法。在岩石薄片中，矿物切面往往具有楔形边缘，其边缘薄，向中部逐渐加厚，因而矿片的干涉色级序边缘较低，向中部逐渐升高。2、楔形边法判断方法:边缘一级灰白开始.经过1条红带,干涉色为2级,经过n条红带,则干涉色为n+1级.3、利用石英楔测定干涉色级序(1)将选定的矿片置视域中心，转动载物台，使矿片消光(消光位)。(2)再转载物台45°，使矿片至45°位置。此时矿片干涉色最亮。(3)从试板孔由薄至厚端插入石英楔，观察矿片干涉色级序的变化，可能出现下列两种情况：①随着石英楔的慢慢插入，矿片上干涉色级序逐渐升高，表明石英楔与矿片上光率体椭圆切面的同名半径平行，不可能出现消色位，达不到测定干涉色级序的目的，必须转动载物台90°，使二者异名半径平行，再进行测定。②随着石英楔的慢慢插入，矿片干涉色逐渐降低，说明石英楔与矿片上光率体椭圆切面异名半径平行。当石英楔插入到与矿片光程差相等时，矿片消色而变黑暗(往往不是全黑，而是暗灰或混有矿物本身颜色)。再慢慢抽出石英楔，矿片的干涉色又逐渐升高，至石英楔全部抽出时，矿片显示原来的干涉色。在抽出石英楔的过程中，仔细观察矿片干涉色的变化，如果其间经过一次红色，矿片干涉色为二级，经过n次红色，矿片干涉色为(n+1)级。如果一次观察不清楚，可以反复操作。利用石英楔法基本原理三、消光角的测定（1）将欲测矿片置视域中心，使其解理缝或双晶缝或晶体晶面迹线与十字丝之一平行，记录下载物台刻度盘上的数值。三、消光角的测定（2）转动载物台使矿片达消光位，即光率体长短椭圆半径方向与十字丝平行，再记下载物台刻度数值。两数值之差即为矿物的消光角三、消光角的测定（3）再转动载物台45°，使光率体椭圆半径与十字丝成45°夹角，插入补色器，根据干涉色的升降情况，确定所测光率体半径的名称。若是平行光轴面的切片，则长短半径分别为Ng和Np，若不是平行光轴面的切片，则长短半径分别为Ng′和Np′。三、消光角的测定（4）根据解理、双晶的性质，判断其所代表的结晶方向。三、消光角的表示方法消光角常以结晶轴或晶面符号与光率体椭圆半径的关系来表示。如普通角闪石在平行(010)切面上的消光角表示为: Ng∧C=22°斜长石垂直(010)晶带切面上的最大消光角记录为

Np’∧(010)=25°。消光角的意义对于不同的矿物有所区别三种消光类型当矿片解理或双晶不发育时，利用晶面、晶棱也可以确定消光类型和测量消光角。四、晶体延性和延性符号的测定定义:一向延伸矿物的延长方向与光率体椭圆切面半径之间的关系，称为晶体的延性。延性有正负之分，当晶体延长方向与Ng一致或与Ng夹角小于45°时，称正延性；如果矿物晶体延长方向与Np一致或与Np的夹角小于45°，称负延性，延性是矿物的鉴定特征之一。延性测定方法对于斜消光的矿物，只要测定了消光角，就可以判断其延性正负。而对于平行消光的矿物，延性符号的测定方法如下：(1)将欲测的矿物切面置于视域中心，使晶体延长方向平行目镜十字丝的纵丝，此时矿物消光(因是平行消光)。(2)旋转载物台45°，使延长方向与目镜十字丝成45°夹角，加入试板，根据矿物干涉色的升降变化，判断光率体椭圆半径名称，即可确定延性符号。例一负延性磷灰石一级白干涉色（R1=150nm)加入石膏试板，异名半径平行，R=R1-R2=550-150=400nm，干涉色相对于试板降低（一级红至一级黄）加入石膏试板，同名半径平行，R=R1+R2=550+150=700nm，干涉色相对于试板升高（一级红至二级蓝）例二正延性白云母二级蓝干涉色（R1=650nm)加入云母试板，同名半径平行，R=R