晶體光學(xué)與造巖礦物學(xué)

1、教科書教科書 晶體光學(xué)與造巖礦物學(xué)，林培英主編，晶體光學(xué)與造巖礦物學(xué)，林培英主編，地質(zhì)出版社，地質(zhì)出版社，2005晶體光學(xué)的參考書晶體光學(xué)的參考書1. 成都地質(zhì)學(xué)院，李德惠，晶體光學(xué)，地質(zhì)出版社，成都地質(zhì)學(xué)院，李德惠，晶體光學(xué)，地質(zhì)出版社，19842. 北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系巖礦教研室，光性礦物學(xué)，地質(zhì)出版社，北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系巖礦教研室，光性礦物學(xué)，地質(zhì)出版社，1979，19883. 曾廣策主編，透明造巖礦物與寶石晶體光學(xué)曾廣策主編，透明造巖礦物與寶石晶體光學(xué). 武漢：中國(guó)地質(zhì)大武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，學(xué)出版社，19974. Nesse W. D. Introduction to Optical

2、Mineralogy, Oxford Univ. Press, 2004Nesse W. D. Introduction to Optical Mineralogy, Oxford Univ. Press, 2004引言引言: : 為什么學(xué)習(xí)晶體光學(xué)為什么學(xué)習(xí)晶體光學(xué)礦物學(xué)研究的光學(xué)性質(zhì)如顏色、光澤、條痕、暈彩等都是礦物晶體的外表特征，用肉眼可觀察到，屬于宏觀特征。晶體光學(xué)是研究光對(duì)透明礦物作用所引晶體光學(xué)是研究光對(duì)透明礦物作用所引起的光學(xué)現(xiàn)象及其規(guī)律的一門科學(xué)。簡(jiǎn)單地起的光學(xué)現(xiàn)象及其規(guī)律的一門科學(xué)。簡(jiǎn)單地說(shuō)是研究礦物晶體的光學(xué)性質(zhì)。說(shuō)是研究礦物晶體的光學(xué)性質(zhì)。引言引言: : 為什么學(xué)習(xí)晶體光

3、學(xué)為什么學(xué)習(xí)晶體光學(xué) 晶體光學(xué)晶體光學(xué)( (透明礦物晶體光學(xué)透明礦物晶體光學(xué)) )是研究是研究可見(jiàn)光可見(jiàn)光, ,尤其是可見(jiàn)偏光通過(guò)透明礦物晶尤其是可見(jiàn)偏光通過(guò)透明礦物晶體所產(chǎn)生的折射、雙折射、偏振、干涉、體所產(chǎn)生的折射、雙折射、偏振、干涉、吸收、色散等一系列光學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)學(xué)科吸收、色散等一系列光學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)學(xué)科. . 使用的主要儀器有透射偏光顯微鏡。主要使用的主要儀器有透射偏光顯微鏡。主要研究對(duì)象是礦物顆粒和巖石薄片。它是研研究對(duì)象是礦物顆粒和巖石薄片。它是研究和鑒定透明礦物的基礎(chǔ)和重要方法。究和鑒定透明礦物的基礎(chǔ)和重要方法。透明礦物透明礦物不透明礦物不透明礦物 絕大多數(shù)造巖礦物、寶玉石礦物在

4、絕大多數(shù)造巖礦物、寶玉石礦物在薄片中是透明的，晶體光學(xué)是鑒定和研薄片中是透明的，晶體光學(xué)是鑒定和研究巖石和寶玉石究巖石和寶玉石顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)的基本技術(shù)。的基本技術(shù)。 晶體光學(xué)是巖石學(xué)、礦物學(xué)、寶晶體光學(xué)是巖石學(xué)、礦物學(xué)、寶玉石學(xué)和材料科學(xué)等學(xué)科研究的基玉石學(xué)和材料科學(xué)等學(xué)科研究的基礎(chǔ)課程之一。礎(chǔ)課程之一。 第一節(jié) 光的性質(zhì)光的學(xué)說(shuō)：光的學(xué)說(shuō)：牛頓的微粒說(shuō)光是沿直線高速傳播的粒子流。惠更斯的波動(dòng)說(shuō)光是某種振動(dòng)以波的形式向外傳播的。十九世紀(jì)末，人們終于認(rèn)識(shí)到：光既有波動(dòng)性又有粒子性，即光的波粒二象性波粒二象性。1. 1. 光是電磁波光是電磁波. .第一節(jié) 光的性質(zhì)波長(zhǎng)單位通常用納米波長(zhǎng)單位通常用

5、納米(nm)或埃或埃( )，常用長(zhǎng)度單位的換算關(guān)系為：，常用長(zhǎng)度單位的換算關(guān)系為： 1 m (米米) =103 mm (毫米毫米)=106 m (微米微米)=109 nm (納米納米) =1010 (埃埃)有關(guān)參數(shù)和公式有關(guān)參數(shù)和公式: :v = 3 105 km/s (每秒每秒30萬(wàn)公里萬(wàn)公里)e=m c2v = f 或或 f = v / fHz，每秒振動(dòng)次數(shù)每秒振動(dòng)次數(shù), 單位單位 s-1波長(zhǎng)波長(zhǎng), 單位單位nm2. 2. 電磁波是橫波電磁波是橫波電磁波的振動(dòng)方向與電磁波的振動(dòng)方向與傳播方向互相垂直，傳播方向互相垂直，即電磁波是橫波，故即電磁波是橫波，故光波亦是橫波。光波亦是橫波。光波是橫

6、波的概念，光波是橫波的概念，在晶體光學(xué)中有不少在晶體光學(xué)中有不少現(xiàn)象現(xiàn)象( (單偏光、正交單偏光、正交偏光、干涉偏光、干涉) )都與此都與此特征有關(guān)。特征有關(guān)。第一節(jié)第一節(jié) 光的性質(zhì)光的性質(zhì)據(jù)其波長(zhǎng)據(jù)其波長(zhǎng)全部范圍全部范圍: 10: 101515-10-10-5-5nmnm按波長(zhǎng)大小，劃分為按波長(zhǎng)大小，劃分為: :無(wú)線電波無(wú)線電波紅外線紅外線可見(jiàn)光可見(jiàn)光紫外線紫外線X X 射線射線 射線射線, , 等等390446464500578592620770紅橙黃綠藍(lán)靛紫射線X射線紫外線可見(jiàn)光紅外線短無(wú)線電波廣播波段長(zhǎng)無(wú)線電波波長(zhǎng)(nm)10-51105101010153. 3. 電磁波波譜電磁波波譜

7、第一節(jié)第一節(jié) 光的性質(zhì)光的性質(zhì)能量增大頻率增大第二節(jié)第二節(jié) 自然光和偏光自然光和偏光 截面為圓，半徑為振幅截面為圓，半徑為振幅根據(jù)光波振動(dòng)的特點(diǎn)，可以把光分為自然光和偏光。根據(jù)光波振動(dòng)的特點(diǎn)，可以把光分為自然光和偏光。1. 1. 自然光：指直接由太陽(yáng)或光源發(fā)出的、在垂直于光自然光：指直接由太陽(yáng)或光源發(fā)出的、在垂直于光波傳播方向的平面內(nèi)作波傳播方向的平面內(nèi)作全方向全方向、等振幅等振幅振動(dòng)的光。振動(dòng)的光。2. 2. 偏光偏光偏光偏光自然光經(jīng)過(guò)反射、折射、雙折射或選擇性自然光經(jīng)過(guò)反射、折射、雙折射或選擇性吸收等作用后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)槲盏茸饔煤螅梢赞D(zhuǎn)變?yōu)橹辉谝粋€(gè)方向上振動(dòng)只在一個(gè)方向上振動(dòng)的光波，稱為

8、偏振光或偏光的光波，稱為偏振光或偏光。振動(dòng)面振動(dòng)面偏光振動(dòng)方向與傳播方向所構(gòu)成的平面偏光振動(dòng)方向與傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動(dòng)面。稱為振動(dòng)面。3. 3. 偏光化作用偏光化作用偏光化作用偏光化作用將自然光轉(zhuǎn)變?yōu)槠獾淖饔?。將自然光轉(zhuǎn)變?yōu)槠獾淖饔谩＞w光學(xué)研究：晶體光學(xué)研究： 偏光顯微鏡巖石礦物薄片觀察偏光下的特征偏光顯微鏡巖石礦物薄片觀察偏光下的特征攝影方面攝影方面：過(guò)濾雜光濾光片，只讓某一方向的光通過(guò)過(guò)濾雜光濾光片，只讓某一方向的光通過(guò)就是偏光化作用就是偏光化作用過(guò)濾雜色濾色片，只讓過(guò)濾雜色濾色片，只讓 某種顏色光通過(guò)，如藍(lán)色，大海和天空某種顏色光通過(guò)，如藍(lán)色，大海和天空第三節(jié)第三節(jié) 光的反

9、射與折射光的反射與折射一、光的直線傳播一、光的直線傳播 光在光在同一種物質(zhì)同一種物質(zhì)中傳播的路線是呈直線中傳播的路線是呈直線的，稱為光的直線傳播定律的，稱為光的直線傳播定律(如陽(yáng)光照進(jìn)如陽(yáng)光照進(jìn)房里、夜間手電筒的亮光傳播房里、夜間手電筒的亮光傳播)反射反射(Reflection)：光從一種介：光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，在質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，在光滑界面上，如果部分光光滑界面上，如果部分光仍回到原來(lái)的介質(zhì)中，這仍回到原來(lái)的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為光的反射。種現(xiàn)象稱為光的反射。反射定律反射定律1. 反射光線位于入射光線與反射光線位于入射光線與界面的法線所決定的平面界面的法線所決定的平面內(nèi)內(nèi);2. 入

10、射線和反射線分別位于入射線和反射線分別位于法線的兩側(cè)；法線的兩側(cè)；3. 反射角與入射角相等。反射角與入射角相等。 反射現(xiàn)象與反射反射現(xiàn)象與反射率是非常重要的率是非常重要的,特別是在金屬礦特別是在金屬礦物與寶玉石行業(yè)，物與寶玉石行業(yè)，非常有用。非常有用。 礦相學(xué)：反光顯礦相學(xué)：反光顯微鏡微鏡, 對(duì)不透明對(duì)不透明的金屬礦物的金屬礦物, 例例如方鉛礦、閃鋅如方鉛礦、閃鋅礦等礦等。不透明的金屬礦物反射圖像不透明的金屬礦物反射圖像1、定義：光線從一種、定義：光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，在界面處傳播質(zhì)，在界面處傳播方向便會(huì)發(fā)生改變，方向便會(huì)發(fā)生改變，即入射光線和折射即入射光線和折射光線不

11、在一直線上，光線不在一直線上，這種現(xiàn)象稱為光的這種現(xiàn)象稱為光的折射折射(Refraction).法線法線入射角入射角 i折射角折射角 r2 2、折射定律、折射定律1) 1) 折射線處于入射線折射線處于入射線與法線構(gòu)成的平面與法線構(gòu)成的平面內(nèi)；內(nèi)；2) 2) 入射線與折射線分入射線與折射線分別位于法線兩側(cè)別位于法線兩側(cè), , 若光疏若光疏- -光密光密, , ir, 反之光密反之光密- -光疏光疏, , i=1N=1引申：光波在介質(zhì)中的傳播速引申：光波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的折射率成反比；度與介質(zhì)的折射率成反比；當(dāng)光線由介質(zhì)當(dāng)光線由介質(zhì)A A進(jìn)入介質(zhì)進(jìn)入介質(zhì)B B時(shí)，時(shí)，有有NA=VNA=V真

12、空真空/VA; NB=V/VA; NB=V真空真空/VB; V/VB; VA A/V/VB B=N=NB B/N/NA AONMSirNM=NM=V VA At t; OS=; OS=V VB Bt tNM/OM=sin NM/OM=sin i, i, OS/OM=sin OS/OM=sin r r, ,則則NM/OS=sin NM/OS=sin i i/sin /sin r r因此因此sinsin i i/sin /sin r r= =V VA A/V/VB B=N=NB-AB-AR1R2 當(dāng)光線由當(dāng)光線由B射入射入A，如果，如果入射角增至一定角度，入射角增至一定角度，使折射角等于使折射角等

13、于90，這，這個(gè)入射角稱為全反射個(gè)入射角稱為全反射(Total reflection) 臨界角，臨界角，簡(jiǎn)稱臨界角簡(jiǎn)稱臨界角 ；入射角大；入射角大于全反射臨界角的所有于全反射臨界角的所有入射線均發(fā)生全反射。入射線均發(fā)生全反射。 i = , r=90i , 全反射全反射NNB B sin sin i=N=NA A sin sin r若若i = , r=90NNB B sin sin =N=NA A sin sin 90 = NNA A所以：所以：sin sin NNA A NNB B若若A A為空氣為空氣， NNA A =1.0003 =1.0003sin sin 1 1 NNB B則任何一個(gè)已

14、經(jīng)則任何一個(gè)已經(jīng)NN的物質(zhì)的物質(zhì), ,均可以求出均可以求出 例如：寶石加工，例如：寶石加工，金剛石金剛石 2420P710 自己閱讀自己閱讀i = , r=90i , 全反射全反射入射光折射光法線臨界角全內(nèi)反射光G Ge em m s st t o on n e e 為什么研究折射率為什么研究折射率 折射率值的大小是與晶體的化學(xué)成分和內(nèi)部折射率值的大小是與晶體的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的，不同礦物的折射率值不同，結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的，不同礦物的折射率值不同，因此折射率成為鑒定礦物的重要光學(xué)常數(shù)之因此折射率成為鑒定礦物的重要光學(xué)常數(shù)之一。一。 利用偏光顯微鏡觀察利用偏光顯微鏡觀察N,可以鑒定礦物的不

15、同可以鑒定礦物的不同種類種類. 巖石薄片的許多鑒定特征巖石薄片的許多鑒定特征, 如糙面如糙面突起突起貝克貝克線線 等都源自于基本的折射率特征等都源自于基本的折射率特征入射光折射光法線臨界角全內(nèi)反射光G Ge em m s st to on ne e第四節(jié)第四節(jié) 光在均質(zhì)體與非均質(zhì)體中的傳播光在均質(zhì)體與非均質(zhì)體中的傳播 均質(zhì)體包括等軸晶系礦物均質(zhì)體包括等軸晶系礦物( (如尖晶石、石榴石、螢石如尖晶石、石榴石、螢石等等) )和非晶質(zhì)體和非晶質(zhì)體( (如火山玻璃、樹膠等如火山玻璃、樹膠等) )，它們的光學(xué)，它們的光學(xué)性質(zhì)在各方向相同，稱為光性均質(zhì)體。性質(zhì)在各方向相同，稱為光性均質(zhì)體。 非均質(zhì)體包括中

16、級(jí)晶族和低級(jí)晶族的礦物非均質(zhì)體包括中級(jí)晶族和低級(jí)晶族的礦物( (如石英、如石英、橄欖石、輝石、角閃石、長(zhǎng)石等橄欖石、輝石、角閃石、長(zhǎng)石等) )，其光學(xué)性質(zhì)隨方，其光學(xué)性質(zhì)隨方向而變化，稱為光性非均質(zhì)體。向而變化，稱為光性非均質(zhì)體。 均質(zhì)體均質(zhì)體 等軸晶系礦物（石榴石）等軸晶系礦物（石榴石） 透明物質(zhì)透明物質(zhì)( (晶體晶體) ) 非晶質(zhì)體（火山玻璃）非晶質(zhì)體（火山玻璃） 非均質(zhì)體非均質(zhì)體中、低級(jí)晶族礦物中、低級(jí)晶族礦物光性均質(zhì)體光性均質(zhì)體 光性非均質(zhì)體光性非均質(zhì)體 一、光性均質(zhì)體一、光性均質(zhì)體( (各向同性介質(zhì)各向同性介質(zhì)) )1.1. 定義定義 均質(zhì)體均質(zhì)體光波入射晶體后，其在各個(gè)光波入射晶體

17、后，其在各個(gè)方向上的傳播速度都相等，所以只有一個(gè)折射方向上的傳播速度都相等，所以只有一個(gè)折射率，不改變?nèi)肷涔獠ǖ男再|(zhì)，這樣的物體稱為率，不改變?nèi)肷涔獠ǖ男再|(zhì)，這樣的物體稱為光性均質(zhì)體，簡(jiǎn)稱光性均質(zhì)體，簡(jiǎn)稱均質(zhì)體均質(zhì)體。2.2. 其其N N在各個(gè)方向一樣在各個(gè)方向一樣, ,可以使光反射和折射可以使光反射和折射, ,但是但是不改變?nèi)肷涔獾男再|(zhì)。不改變?nèi)肷涔獾男再|(zhì)。自然光自然光仍為自然光仍為自然光偏偏 光光仍為偏仍為偏 光光3. 3. 對(duì)于一種均質(zhì)體對(duì)于一種均質(zhì)體, ,其其N N是唯一的是唯一的. .4. 4. 物質(zhì)舉例物質(zhì)舉例: :二、光性非均質(zhì)體二、光性非均質(zhì)體( (各向異性介質(zhì)各向異性介質(zhì))

18、) 1.1.定義：光波射入時(shí)，其傳播速度隨振動(dòng)方定義：光波射入時(shí)，其傳播速度隨振動(dòng)方向不同而發(fā)生變化，因而其折射率值也因振向不同而發(fā)生變化，因而其折射率值也因振動(dòng)方向不同而改變，這樣的物體稱為光性非動(dòng)方向不同而改變，這樣的物體稱為光性非均質(zhì)體，簡(jiǎn)稱均質(zhì)體，簡(jiǎn)稱非均質(zhì)體非均質(zhì)體。非均質(zhì)體的折射率不只是一個(gè)，而是兩個(gè)或非均質(zhì)體的折射率不只是一個(gè)，而是兩個(gè)或三個(gè)。三個(gè)。 2.2.雙折射雙折射當(dāng)光波射入非均質(zhì)體后，除特殊方向以外當(dāng)光波射入非均質(zhì)體后，除特殊方向以外一般都將分解成兩束折射率不等、振動(dòng)方向一般都將分解成兩束折射率不等、振動(dòng)方向互相垂直、速度不等的偏光，這種現(xiàn)象稱為互相垂直、速度不等的偏光，

19、這種現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。雙折射現(xiàn)象。一切具有雙折射特征的介質(zhì)均稱為光性非一切具有雙折射特征的介質(zhì)均稱為光性非均質(zhì)體，雙折射是光波通過(guò)非均質(zhì)體的普遍均質(zhì)體，雙折射是光波通過(guò)非均質(zhì)體的普遍特征。特征。 二、光性非均質(zhì)體二、光性非均質(zhì)體( (各向異性介質(zhì)各向異性介質(zhì)) ) 雙折射現(xiàn)象可通過(guò)冰洲石來(lái)做實(shí)驗(yàn)雙折射現(xiàn)象可通過(guò)冰洲石來(lái)做實(shí)驗(yàn)(圖圖1-15)，如果將冰洲石的一個(gè)解理，如果將冰洲石的一個(gè)解理面蓋在有一個(gè)黑點(diǎn)的紙上，透過(guò)冰面蓋在有一個(gè)黑點(diǎn)的紙上，透過(guò)冰洲石則出現(xiàn)兩個(gè)黑點(diǎn)，再在紙面上洲石則出現(xiàn)兩個(gè)黑點(diǎn)，再在紙面上轉(zhuǎn)動(dòng)冰洲石時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)黑點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)冰洲石時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)黑點(diǎn)o始終不動(dòng)，而另一個(gè)黑始終不

20、動(dòng)，而另一個(gè)黑點(diǎn)點(diǎn)e則圍繞則圍繞這個(gè)不動(dòng)的黑點(diǎn)這個(gè)不動(dòng)的黑點(diǎn)o作圓周運(yùn)動(dòng)。若作圓周運(yùn)動(dòng)。若將平躺的冰洲石慢慢以菱形的短軸將平躺的冰洲石慢慢以菱形的短軸(C軸軸)直立，則黑點(diǎn)直立，則黑點(diǎn)e向黑點(diǎn)向黑點(diǎn)o靠攏，靠攏，甚至兩點(diǎn)互相重合起來(lái)，說(shuō)明光波甚至兩點(diǎn)互相重合起來(lái)，說(shuō)明光波沿沿C軸入射不發(fā)生雙折射，這個(gè)特軸入射不發(fā)生雙折射，這個(gè)特殊方向稱為光軸。殊方向稱為光軸。光軸光軸若某一特殊方向，如中級(jí)晶族的若某一特殊方向，如中級(jí)晶族的C軸軸方向，方向，e-o重合，則此方向就是光軸方重合，則此方向就是光軸方向。中級(jí)晶族只有向。中級(jí)晶族只有1個(gè)光軸方向，低個(gè)光軸方向，低級(jí)晶族有級(jí)晶族有2個(gè)光軸方向。個(gè)光軸方向

21、。3. 雙折射率（雙折率）雙折射率（雙折率）光波射入一軸晶礦物（非均質(zhì)礦物）時(shí)，發(fā)光波射入一軸晶礦物（非均質(zhì)礦物）時(shí)，發(fā)生雙折射并分解形成兩種偏光生雙折射并分解形成兩種偏光:常常 光光o ordinary, 方向垂直方向垂直C軸軸, 各個(gè)方向各個(gè)方向速度和速度和N相同相同折射率為折射率為No非常光非常光e extraordinary,平行平行C軸與傳播方向軸與傳播方向構(gòu)成的平面構(gòu)成的平面, 且振動(dòng)方向不同且振動(dòng)方向不同,速度和速度和N不不同同折射率為折射率為Ne兩種偏光的折射率值之差，稱為雙折射率。兩種偏光的折射率值之差，稱為雙折射率。如冰洲石測(cè)得折射率為如冰洲石測(cè)得折射率為No=1.658,

22、 Ne=1.486，兩種折射率值之差為兩種折射率值之差為0.172，此值即為冰洲，此值即為冰洲石的雙折率值。石的雙折率值。4. 光性與晶族的關(guān)系光性與晶族的關(guān)系 三方晶系冰洲石，水晶三方晶系冰洲石，水晶 中級(jí)晶族（一軸晶）中級(jí)晶族（一軸晶） 四方晶系鋯石四方晶系鋯石 六方晶系綠柱石，磷灰石六方晶系綠柱石，磷灰石 斜方晶系斜方晶系Ol 低級(jí)晶族（二軸晶）低級(jí)晶族（二軸晶） 單斜晶系透輝石單斜晶系透輝石 三斜晶系三斜晶系Pl光性非均質(zhì)體源自晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，包括離子種類、鍵性、光性非均質(zhì)體源自晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，包括離子種類、鍵性、離子排列形式、堆積緊密程度等。離子排列形式、堆積緊密程度等。 一、光

23、率體定義：光率體是表示光一、光率體定義：光率體是表示光波在晶體中傳播時(shí)，光波振動(dòng)方波在晶體中傳播時(shí)，光波振動(dòng)方向與相應(yīng)折射率值之間關(guān)系的一向與相應(yīng)折射率值之間關(guān)系的一種光性指示體。種光性指示體。 光率體是表示光波在晶體中各光率體是表示光波在晶體中各振動(dòng)方向上折射率和雙折率變化振動(dòng)方向上折射率和雙折率變化規(guī)律的一個(gè)立體幾何圖形。規(guī)律的一個(gè)立體幾何圖形。 光率體的制作光率體的制作1. 1.一軸晶定義一軸晶定義：光波在非均質(zhì)體中傳播時(shí)，只有沿某：光波在非均質(zhì)體中傳播時(shí)，只有沿某一個(gè)特殊的方向才不會(huì)發(fā)生雙折射，這個(gè)方向稱為一個(gè)特殊的方向才不會(huì)發(fā)生雙折射，這個(gè)方向稱為光軸，這樣的晶體稱為一軸晶。光軸，這

24、樣的晶體稱為一軸晶。 三方晶系白云石三方晶系白云石, 方解石方解石, 石英石英一軸晶礦物一軸晶礦物(中級(jí)晶族中級(jí)晶族) 四方晶系金紅石四方晶系金紅石(TiO2), 鋯石鋯石(ZrSiO4) 六方晶系綠柱石，磷灰石六方晶系綠柱石，磷灰石, 石英石英晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)a=bca=bc， =90=90有一個(gè)光軸有一個(gè)光軸, , 光軸光軸=C=C軸軸 A.A. 2 2個(gè)主軸個(gè)主軸NeNe和和NoNo，NeNeNoNo，代表一軸晶兩個(gè)主要光學(xué)方向，又稱光學(xué)主，代表一軸晶兩個(gè)主要光學(xué)方向，又稱光學(xué)主軸，即軸，即NeNe軸和軸和NoNo軸；軸的長(zhǎng)短就是軸；軸的長(zhǎng)短就是NN的大小的大小 B. B. 2 2個(gè)主折

25、射率個(gè)主折射率 常光的為常光的為NoNo，No No C C非常光的為非常光的為NeNe，NeNe C CNeNe與與NoNo在不同的一軸晶中，其大小是不一樣的。在不同的一軸晶中，其大小是不一樣的。兩種情況：兩種情況： NeNo (NeNo (一軸正晶一軸正晶) ) NeNo ( NeNo (一軸負(fù)晶一軸負(fù)晶) )3 3、光性符號(hào)、光性符號(hào)一軸正晶，標(biāo)記為：一（）一軸正晶，標(biāo)記為：一（）NeNeNoNo， 如如 石英石英定義：旋轉(zhuǎn)軸為長(zhǎng)軸定義：旋轉(zhuǎn)軸為長(zhǎng)軸NeNe，呈沿，呈沿C C軸拉長(zhǎng)軸拉長(zhǎng)的光率體。光波平行于的光率體。光波平行于C C軸振動(dòng)時(shí)軸振動(dòng)時(shí)的折射率總是大于垂直于的折射率總是大于垂

26、直于C C軸振動(dòng)軸振動(dòng)的折射率，即的折射率，即NeNeNoNo，這種光率體，這種光率體稱為稱為一軸晶正光性光率體一軸晶正光性光率體，相應(yīng)的，相應(yīng)的礦物稱為礦物稱為一軸晶正光性礦物一軸晶正光性礦物，或一或一軸正晶軸正晶。一軸負(fù)晶，標(biāo)記為：一（）一軸負(fù)晶，標(biāo)記為：一（）NeNeNoNo， 如如 方解石方解石定義：旋轉(zhuǎn)軸為短軸定義：旋轉(zhuǎn)軸為短軸NeNe，呈沿，呈沿C C軸壓扁軸壓扁的光率體。光波平行于的光率體。光波平行于C C軸振動(dòng)時(shí)軸振動(dòng)時(shí)的折射率總是小于垂直于的折射率總是小于垂直于C C軸振動(dòng)軸振動(dòng)的折射率，即的折射率，即NeNeNoNo，這種光率體，這種光率體稱為稱為一軸晶負(fù)光性光率體一軸晶負(fù)

27、光性光率體，相應(yīng)的，相應(yīng)的礦物稱為礦物稱為一軸晶負(fù)光性礦物一軸晶負(fù)光性礦物，或一或一軸負(fù)晶軸負(fù)晶。 (1) 光軸的切面光軸的切面 光率體切面為圓，光率體切面為圓，其半徑等于其半徑等于No， 光波垂直這種切面光波垂直這種切面入射入射(平行光軸入射平行光軸入射)時(shí)，不發(fā)生雙折射，時(shí)，不發(fā)生雙折射，其折射率等于其折射率等于No， 雙折率雙折率 N= 0 一軸晶只有一個(gè)這一軸晶只有一個(gè)這樣的圓切面。樣的圓切面。(2)(2)平行光軸的切面平行光軸的切面 光率體切面形狀為橢圓光率體切面形狀為橢圓 光波垂直此切面入射，發(fā)光波垂直此切面入射，發(fā)生雙折射生雙折射,分解成兩種偏分解成兩種偏光，其振動(dòng)方向必然平行光

28、，其振動(dòng)方向必然平行橢圓切面的長(zhǎng)短半徑，相橢圓切面的長(zhǎng)短半徑，相應(yīng)地折射率為兩個(gè)主折射應(yīng)地折射率為兩個(gè)主折射率率Ne和和No， 雙折率雙折率 N=|Ne-No|，是，是一軸晶礦物的最大雙折率。一軸晶礦物的最大雙折率。 如石英如石英Ne=1.553, No=1.544, 最大雙折率最大雙折率N= 1.553-1.544=0.009。(3)(3)斜交光軸的切面斜交光軸的切面 切面為橢圓形切面為橢圓形 光波垂直于此切面入射光波垂直于此切面入射, , 即即斜交光軸入射，會(huì)發(fā)生雙斜交光軸入射，會(huì)發(fā)生雙折射分解成兩種偏光，其折射分解成兩種偏光，其振動(dòng)方向分別平行橢圓切振動(dòng)方向分別平行橢圓切面的長(zhǎng)短半徑，相

29、應(yīng)的折面的長(zhǎng)短半徑，相應(yīng)的折射率分別為射率分別為NoNo和和NeNe，且，且總有一個(gè)為總有一個(gè)為NoNo 雙折率雙折率 ， N=|Ne-No| |Ne-No| 正晶時(shí)，短半徑為正晶時(shí)，短半徑為NoNo；負(fù)；負(fù)晶時(shí)，長(zhǎng)半徑為晶時(shí)，長(zhǎng)半徑為NoNo一軸晶三種一軸晶三種切面全圖切面全圖無(wú)論何種切面無(wú)論何種切面, 總總有一個(gè)是有一個(gè)是No, 原因原因是切面均過(guò)中心是切面均過(guò)中心. 因此一軸晶因此一軸晶No非非常重要常重要.四、二軸晶光率體四、二軸晶光率體 二軸晶礦物二軸晶礦物: :A. A. 包括低級(jí)晶族包括低級(jí)晶族(斜斜方、單斜、三斜方、單斜、三斜晶系晶系)的的礦物。礦物。B.B.均具有兩個(gè)光軸，均

30、具有兩個(gè)光軸，故稱二軸晶。故稱二軸晶。C.C.晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)三個(gè)結(jié)晶軸各不相三個(gè)結(jié)晶軸各不相等等(abc， ac)，表示它們，表示它們?nèi)瓤臻g方向的三度空間方向的不均一性。不均一性。 為三軸不等橢球體為三軸不等橢球體類似橄欖球類似橄欖球 (1) (1) 三個(gè)主軸三個(gè)主軸三個(gè)相互三個(gè)相互的光率體軸的光率體軸, ,代表代表3 3個(gè)主要光學(xué)方向，稱個(gè)主要光學(xué)方向，稱為光學(xué)主軸，簡(jiǎn)稱主軸，為光學(xué)主軸，簡(jiǎn)稱主軸，即即NgNg軸、軸、NmNm軸、軸、NpNp軸，軸，3 3個(gè)主軸個(gè)主軸3 3個(gè)主折射率關(guān)系個(gè)主折射率關(guān)系：NgNgNmNmNpNp。 (2)(2)三個(gè)主軸面三個(gè)主軸面( (主切面主切面) )包

31、含任意包含任意2 2個(gè)主軸的切面稱主軸個(gè)主軸的切面稱主軸面或主切面面或主切面二軸晶光率體有二軸晶光率體有3 3個(gè)互相垂直的個(gè)互相垂直的主軸面，主軸面， Ng NgNpNp主軸面，主軸面，它是包含兩個(gè)光軸的切面，它是包含兩個(gè)光軸的切面，又稱光軸面，以又稱光軸面，以ApAp表示；表示； Nm NmNpNp主軸面；主軸面； Ng NgNmNm主軸面。主軸面。(3) (3) 二個(gè)光軸二個(gè)光軸(OA)(OA)及兩個(gè)圓切面及兩個(gè)圓切面通過(guò)通過(guò)NmNm軸在光率體的一側(cè)軸在光率體的一側(cè)(Ng(Ng軸與軸與NpNp軸之間軸之間) )可以連續(xù)作一系可以連續(xù)作一系列橢圓切面，這些切面半徑之一始終是列橢圓切面，這些切

32、面半徑之一始終是NmNm軸，另一半徑則遞軸，另一半徑則遞變于變于NgNg和和NpNp之間，在它們中間總可以找到一個(gè)半徑之間，在它們中間總可以找到一個(gè)半徑NmNm的的圓切面，另一側(cè)還有一個(gè)圓切面，共計(jì)圓切面，另一側(cè)還有一個(gè)圓切面，共計(jì)2 2個(gè)圓切面。個(gè)圓切面。光波垂直這光波垂直這2 2個(gè)圓切面入射，無(wú)雙折射，這個(gè)圓切面入射，無(wú)雙折射，這2 2個(gè)方向就是光軸，個(gè)方向就是光軸，即即2 2個(gè)個(gè)OAOA圓切面圓切面(4)(4)光學(xué)法線：通光學(xué)法線：通過(guò)光率體中心而過(guò)光率體中心而垂直光軸面的方垂直光軸面的方向稱光學(xué)法線，向稱光學(xué)法線，光學(xué)法線與主軸光學(xué)法線與主軸NmNm軸一致。軸一致。光軸面光軸面=NgN

33、p=NgNp面面(5)(5)光軸角：兩個(gè)光軸之間所夾光軸角：兩個(gè)光軸之間所夾的銳角稱光軸角，以符號(hào)的銳角稱光軸角，以符號(hào)“2V”2V”表示，表示，2V2V的平分線稱銳角等分線，以的平分線稱銳角等分線，以BxaBxa表示；表示；兩個(gè)光軸之間的鈍角平分線稱鈍兩個(gè)光軸之間的鈍角平分線稱鈍角等分線，以角等分線，以BxoBxo表示。表示。BxaBxa與與BxoBxo均包含在均包含在NgNpNgNp主軸面主軸面中中。 (1)(1)根據(jù)銳角等分線根據(jù)銳角等分線BxaBxa是是NgNg還是還是NpNp決定二軸晶光性符號(hào)正負(fù)決定二軸晶光性符號(hào)正負(fù)：當(dāng)當(dāng)BxaBxa=Ng=Ng時(shí)，為正光性時(shí)，為正光性(+) (+

34、) ；當(dāng)當(dāng)Bxa=NpBxa=Np時(shí)，為負(fù)光性時(shí)，為負(fù)光性(-) (-) 。(2)(2)根據(jù)根據(jù)NgNg、NmNm、NpNp的相對(duì)大小，判斷二軸晶光性符號(hào)正、負(fù)的相對(duì)大小，判斷二軸晶光性符號(hào)正、負(fù)當(dāng)當(dāng)Ng-NmNg-NmNm-NpNm-Np時(shí)，為正光性時(shí)，為正光性(+)(+)當(dāng)當(dāng)Ng-NmNg-NmNm-NpNm-Np時(shí)，為負(fù)光性時(shí)，為負(fù)光性(-)(-)(3)(3)根據(jù)光軸角的大小，可按下列簡(jiǎn)化公式求得：根據(jù)光軸角的大小，可按下列簡(jiǎn)化公式求得：當(dāng)當(dāng)tgVtgV=（Nm-NpNm-Np）（）（Ng-NmNg-Nm）時(shí)，為正光性）時(shí)，為正光性(+)(+)當(dāng)當(dāng)tgVtgV= = （ Ng-NmNg-

35、Nm）（）（Nm-NpNm-Np）時(shí)，為負(fù)光性）時(shí)，為負(fù)光性(-)(-)如果如果2V=902V=90 , , 則則Bxa=BxoBxa=Bxo, , 沒(méi)有光性正負(fù)區(qū)別沒(méi)有光性正負(fù)區(qū)別意義意義: : 不同二軸晶礦物的不同二軸晶礦物的2V2V角是重要的鑒定參數(shù)角是重要的鑒定參數(shù), , 可以根據(jù)可以根據(jù)Ng-Nm-NpNg-Nm-Np計(jì)算計(jì)算2V2V3. 23. 43. 63.84.04.2DDN gN mN p2VNg2VNpd130d1305060708090802V1. 641. 661. 681. 701. 721. 741. 761. 781. 801. 821. 841. 861. 88

36、N2. 762. 782. 802. 82鎂橄欖石鐵橄欖石貴橄欖石鎂鐵橄欖石低鐵鎂鐵橄欖石透鐵橄欖石Fo20406080FaVVNgOAOA2VNpx1y1NmNm圓切面跡線VVNgOAOA2VNpx1y1NmNm圓切面跡線3. 23. 43. 63. 84. 04. 2DDNgNmNp2VNg2VNpd130d1305060708090802V1. 641. 661. 681. 701. 721. 741. 761. 781. 801. 821. 841. 861. 88N2. 762. 782. 802. 82鎂橄欖石鐵橄欖石貴橄欖石鎂鐵橄欖石低鐵鎂鐵橄欖石透鐵橄欖石Fo20406080F

37、aA. OAA. OA為圓切面，只有一個(gè)半徑為圓切面，只有一個(gè)半徑NmNmB. B. 垂直此切面入射的光不發(fā)生雙折射垂直此切面入射的光不發(fā)生雙折射C. C. 圓切面內(nèi)任何振動(dòng)方向上的折射率均等于圓切面內(nèi)任何振動(dòng)方向上的折射率均等于NmNm，雙折率為零。，雙折率為零。 A.A.即垂直即垂直NmNm主軸的切面：主軸的切面：為橢圓，即為橢圓，即NgNpNgNp主軸主軸面，面，B.B.其長(zhǎng)半徑為其長(zhǎng)半徑為NgNg，短半，短半徑為徑為NpNp，C.C.光沿主軸光沿主軸NmNm入射，產(chǎn)入射，產(chǎn)生雙折射，生雙折射，D.D.雙折率等于雙折率等于Ng-NpNg-Np，為最大雙折率。為最大雙折率。橢圓切面橢圓切面

38、二軸二軸(+)(+)NmNpNmNp主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入射時(shí)光波垂直此切面入射時(shí)( (即沿即沿BxaBxa方向入射方向入射) )，發(fā)生雙折射，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光分解形成兩種偏光必定分別平必定分別平行橢圓切面長(zhǎng)短半徑行橢圓切面長(zhǎng)短半徑NmNm和和NpNp， N=Nm-Np二軸二軸(-)(-)NgNmNgNm主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入射時(shí)光波垂直此切面入射時(shí)( (即沿即沿BxaBxa方向入射方向入射) )，發(fā)生雙折射，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光分解形成兩種偏光必定分別平必定分別平行橢圓切面長(zhǎng)短半徑行橢圓切面長(zhǎng)短半徑NgNg和和NmNm， N=Ng-Nm N值介

39、于值介于0最大之間最大之間橢圓切面橢圓切面二軸二軸(+)(+)NgNmNgNm主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入射時(shí)光波垂直此切面入射時(shí)( (即沿即沿BxoBxo方向入方向入射射) )，發(fā)生雙折射，分解形成，發(fā)生雙折射，分解形成2 2種偏種偏光光必定分別平行橢圓切面長(zhǎng)短必定分別平行橢圓切面長(zhǎng)短半徑半徑NgNg和和NmNm， N=Ng-Nm二軸二軸(-)(-)NmNpNmNp主軸面主軸面, , 光波垂直此切面入射時(shí)光波垂直此切面入射時(shí)( (即沿即沿BxoBxo方向入射方向入射) )，發(fā)生雙折射，發(fā)生雙折射，分解形成分解形成2 2種偏光種偏光必定分別平行必定分別平行橢圓切面長(zhǎng)短半徑橢圓切面長(zhǎng)短半

40、徑NgNg和和NmNm， N=Nm-Np N值介于值介于0最大之間最大之間 (b)(b) 以上以上/AP/AP、 BxaBxa、 BxoBxo的的3 3種切面都是二種切面都是二軸晶光率體的主軸面，屬于垂直一個(gè)光率體主軸的軸晶光率體的主軸面，屬于垂直一個(gè)光率體主軸的切面。切面。垂直Bxa垂直Bxo(+)Nm-NpNg-Nm(-)Ng-NmNm-Np無(wú)論無(wú)論(+)(-)(+)(-)， BxaBxa切面的雙折率總是小于切面的雙折率總是小于 Bxo Bxo切面的雙折率切面的雙折率(a)(a) 不垂直光軸，也不垂直不垂直光軸，也不垂直主軸的切面屬于斜交切主軸的切面屬于斜交切面，這種切面有無(wú)數(shù)個(gè)，面，這種

41、切面有無(wú)數(shù)個(gè)，它們都是橢圓切面，但它們都是橢圓切面，但非主軸面。非主軸面。 即垂直即垂直NgNpNgNp面、面、NgNmNgNm面及面及NmNpNmNp面的斜交切面，稱半任意面的斜交切面，稱半任意切面。這類切面的橢圓長(zhǎng)短半徑切面。這類切面的橢圓長(zhǎng)短半徑中，總有一個(gè)半徑是主軸中，總有一個(gè)半徑是主軸(Ng(Ng軸或軸或NmNm軸或軸或NpNp軸軸) )，另一個(gè)半徑是，另一個(gè)半徑是NgNg或或NpNp，在半任意切面中，比較重要的是在半任意切面中，比較重要的是垂直垂直NgNpNgNp面面( (光軸面光軸面) )的斜交切面。的斜交切面。這種切面的橢圓長(zhǎng)短徑半中，必這種切面的橢圓長(zhǎng)短徑半中，必有一個(gè)半徑是

42、有一個(gè)半徑是NmNm軸，另一個(gè)半徑軸，另一個(gè)半徑是是NgNg或或NpNp。這種切面在某些。這種切面在某些情況下，可以代替垂直光軸的切情況下，可以代替垂直光軸的切面。垂直光軸的圓切面，實(shí)際上面。垂直光軸的圓切面，實(shí)際上是這類切面的特殊類型。是這類切面的特殊類型。 橢圓切面的長(zhǎng)短半徑分別為橢圓切面的長(zhǎng)短半徑分別為NgNg和和NpNp 。光波垂直這類切面入射時(shí)光波垂直這類切面入射時(shí)( (即除光軸即除光軸和主軸方向以外的任意方向入和主軸方向以外的任意方向入射射) )，發(fā)生雙折射，分解形成兩，發(fā)生雙折射，分解形成兩種偏光。其振動(dòng)方向必須平行橢種偏光。其振動(dòng)方向必須平行橢圓長(zhǎng)短半徑方向，相應(yīng)的折射率圓長(zhǎng)短

43、半徑方向，相應(yīng)的折射率值，必分別等于長(zhǎng)短半徑值，必分別等于長(zhǎng)短半徑NgNg和和NpNp ，雙折率等于長(zhǎng)短半徑之差雙折率等于長(zhǎng)短半徑之差 N=|Ng-NpNg-Np|，其大小變化，其大小變化于零與最大雙折率之間。于零與最大雙折率之間。 (5) B(5) A(4)(3)(2)(1) 一、概念一、概念光性方位光性方位：光率體主軸與：光率體主軸與晶體結(jié)晶軸之間的關(guān)系晶體結(jié)晶軸之間的關(guān)系就是光性方位，表示光就是光性方位，表示光率體的主軸率體的主軸NN；NeNe和和NoNo，或者，或者NgNg、NmNm、NpNp與晶體的結(jié)晶軸與晶體的結(jié)晶軸a a、b b、c c之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。不同晶族礦物的光性方

44、位不同晶族礦物的光性方位不同不同。二、高級(jí)晶族晶體的光性方位二、高級(jí)晶族晶體的光性方位高級(jí)晶族高級(jí)晶族為等軸晶系，均質(zhì)體礦物，為等軸晶系，均質(zhì)體礦物，光率體為圓球體，各向同光率體為圓球體，各向同性，只有一個(gè)折射率性，只有一個(gè)折射率N, N, 各個(gè)方向都是主軸各個(gè)方向都是主軸, ,可有可有3 3個(gè)相互垂直的方向個(gè)相互垂直的方向等軸晶系等軸晶系3 3個(gè)結(jié)晶軸個(gè)結(jié)晶軸a, b, c, a, b, c, ab cab c 因此：高級(jí)晶族晶體的光性因此：高級(jí)晶族晶體的光性方位與其方位與其3 3個(gè)結(jié)晶軸重合個(gè)結(jié)晶軸重合三、中級(jí)晶族晶體的光性方位三、中級(jí)晶族晶體的光性方位光率體光率體晶體晶體旋狀軸Ne旋狀軸Ne 高次對(duì)稱軸C軸 高次對(duì)稱軸C軸 正光性 短軸No正光性 短軸N