华北理工无机材料岩相分析课件第4章 晶体光学基础

第四章晶体光学基础本章要点：光在均质体和非均质体中传播的特点；光率体及光轴的概念；一轴晶、二轴晶光率体特点及主要切面；一轴晶、二轴晶光率体的光性方位。第四章晶体光学基础

§4-1光在晶体中的传播一、光、自然光和偏光光：一种电磁波，其振动方向垂直传播方向—横波。其波长范围为390nm-770nm。

1nm=10-3μm=10-6mm根据振动特点，将光分成自然光和偏光两种:★自然光：光在垂直传播方向的平面内做任意方向的振动，各振动方向振幅相等。★偏光：光在垂直传播方向的平面内的一个固定方向上振动。※

振动方向和传播方向组成的面叫振动面。第四章晶体光学基础

§4-1光在晶体中的传播二、光的折射和折射率1.折射的概念：光由一种介质传入另一种介质，由于传播速度不同而发生弯曲的现象。2.折射定律：当光从一种介质进入另一种介质时，在两介质的界面上将发生折射而进入第二介质，入射线、折射线与折射面的法线恒处于同一平面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数，此常数与入射角的大小无关。表达式：

★N为相对折射率（折光率）

★入射介质为真空，则N称为折射介质的绝对折射率（简称折射率）

★介质的折射率值N与与介质的密度成正比，光在该介质中的传播速度成反比。即介质密度愈大，折射率值愈大，光波在此介质中的传播速度愈慢；反之，介质的密度愈小，折射率愈小，光波的传播速度愈快。★光在真空中的传播速度最大，通常把空气的折射率视为1，故晶体的折射率N＞1。★不同的矿物，N值大小不同。N值是鉴定透明矿物最可靠的常数之一。★折射率色散：同一介质的折射率随所用光波的波长而异的性质。▲同一介质，波长与折射率成反比。紫光波长最短，红光波长最长，故同一介质在紫光中测定的折射率最大，红光中测定的折射率最小。▲晶体的色散能力，指晶体在这两种波长光波中测定的折射率之差值。差值越大，色散能力越强。如金刚石的色散能力很强，n紫－n红＝0.05741，萤石的色散能力很弱，n紫－n红＝0.00868。★为了不受色散影响，测定折射率时，宜在单色光中进行，通常用黄光。▲一般文献中列出的矿物折射率值，都是在黄色光中测定的数值。三、光的全反射及反射临界角当Vi>Vr（a），即由光疏射入光密介质时，折射线靠近法线。当Vi<Vr(b)，即光密射入光疏介质时，其折射线远离法线。随着入射角i不断增加，其折射角r也不断增大，当r=90°时（c），即折射线沿界面进行。当r>90°时(图d)，光线就不再射入第二介质，而从界面上反回到第一介质中，此现象称全反射。r=90°时的入射角i称为全反射临界角四、光在均质体和非均质体中传播的特点根据光在各类物质中传播特点的不同，将透明物质分成两类：●光性均质体：包括等轴晶系和非晶质物质，如萤石、石榴子石、玻璃、树胶等。光波在均质体中传播的速度不因光波的振动方向不同而发生变化。●光性非均质体：指低级、中级晶族的矿物。光波在非均质体中传播的速度随光波的振动方向不同而发生变化。1.光在均质体中传播的特点：⑴光射入均质体中只发生单折射。⑵只有一个折射率值，即均质体的折射率不因光在晶体中的振动方向不同而发生改变。（3）基本不改变入射光波的振动特点和振动方向，即自然光射入均质体基本上仍为自然光，偏光射入均质体仍为偏光，且不改变其振动方向。2.光在非均质体中传播的特点⑴.传播速度和折射率N随光的振动方向不同而异。⑵.除特殊方向外，都发生双折射。即一条光分解成两条互相垂直的光。两条偏光的折射率的差值称为双折射率。⑶.沿特殊方向射入时，不发生双折射，基本不改变光的振动特点和振动方向，此特殊方向称为光轴(opticaxis)。

一轴晶：中级晶族晶体

二轴晶：低级晶族晶体★光射入一轴晶矿物时传播的情况：⑴沿光轴射入时，不发生双折射，只有一条偏光，各方向折射率相等--常光(ordinaryray)，折射率用No表示。⑵沿任意方向射入时，发生双折射，分解成两条互相垂直的偏光，其中一条是No，另一条振动方向在光轴和光的传播方向组成的平面内且垂直No，N随振动方向不同而异，称为非常光(extraordinaryray)，折射率用Ne表示。第四章晶体光学基础

§4-2光率体1.光率体的概念：

表示光的振动方向和相应折射率值之间关系的立体图形。2.均质体(等轴晶系)光率体的特点：

一个球体，切面为圆，圆的半径代表N值大小。

3.一轴晶（中级晶族）光率体的特点（1）为一旋转（二轴）椭球体。其旋转轴为中级晶族晶体的高次轴（Z轴），也是光率体的光轴，且永远是Ne方向；水平轴永远是No方向。Ne、No为二主折射率，其差值为最大双折率。（2）有正负之分。

Ne＞No，正；Ne

＜No，负如石英:Ne=1.553,No=1.544;

方解石：

Ne=1.486，No=1.658■

一轴晶光率体的主要切面：垂直光轴的切面：

圆形，N=No，双折率为零。

平行光轴的切面：主切面椭圆形，No、Ne为椭圆半径及主折射率，双折率最大。

斜交光轴的切面：椭圆形，No、Ne’，双折率在0-最大之间。4.二轴晶（低级晶族）光率体的特点⑴为一三轴椭球体。有大、中、小三个主折射率值，分别以Ng、Nm、Np表示。代表三个主要的光学方向，称为光学主轴。⑵有三个相互垂直的主轴面（包含两根主轴的平面），NgNp、NgNm、NmNp。⑶有两个半径相当于Nm的圆切面，双折率=0。故有两个光轴（OA）。⑷包含二光轴的平面称为光轴面(opticaxialplane)，即NgNp面，用Ap表示。二根光轴之间所夹的锐角称为光轴角(opticaxialangle),以2V表示。锐角等分线—Bxa；钝角等分线—Bxo。⑸

有正负之分：

Bxa=Ng或Ng-Nm＞Nm-Np

正光性

Bxa=Np

或Ng-Nm＜Nm-Np

负光性

■

二轴晶光率体的主要切面：

垂直光轴(OA)的切面（沿光轴入射）：圆，半径为Nm，双折率=0。

平行光轴面（Ap）的切面（沿Nm入射）：椭圆(相当于主轴面NgNp面)，长短半径为Ng与Np，双折射率值=Ng-Np，最大双折射率。

垂直OA切面平行AP切面垂直BXA切面（+）、（－）垂直Bxa的切面：椭圆

正光性：NmNp面，双折射率=Nm-Np；

负光性：NgNm，双折射率=Ng-Nm。双折率值介于零与最大值之间。垂直Bxo的切面：椭圆正光性：NgNm面，双折射率=Ng-Nm；负光性：NmNp面，双折射率=Nm-Np。斜交切面：椭圆⑴垂直主轴面（NgNp、NgNm、NmNp）的斜交切面：椭圆半径中有一个为主轴Ng、Nm或Np，另一个为Ng’或Np’。重点：垂直AP（NgNp）的斜交切面，半径一个为Nm，另一个为Ng’或Np’。⑵任意斜交面：椭圆，长短半径为Ng’和Np’，双折率=Ng’-Np’垂直BXO切面（+、－），垂直AP的斜交切面，任意斜交切面第四章晶体光学基础

§4-3光性方位1.光性方位的概念：

光率体主轴与结晶轴之间的关系。2.一轴晶光率体的光性方位：其光轴（旋转轴）与结晶轴C轴相当，与晶体的高次对称轴一致。即：Ne与Z轴一致。第四章晶体光学基础

§4-3光性方位3.二轴晶光率体的光性方位：斜方晶系：主轴Ng、Np、Nm与X、Y、Z轴重合；单