材料研究方法-晶體光學基礎課件

光學顯微分析自古以來，人們對微觀世界充滿了敬畏和好奇心，光學顯微分析技術是人們打開微觀物質世界之門的第一把鑰匙。人類用光學顯微鏡步入微觀世界，經歷了500多年的發(fā)展歷程。光學顯微分析顯微結構是指構成材料的晶相形貌、大小、分布以及它們之間的相互關系。利用光學顯微分析技術進行物相分析就是研究材料和其原料的物相組成及顯微結構，并以此來研究形成這些物相結構的工藝條件和產品性能之間的關系。光學顯微分析光學顯微分析是材料顯微結構分析的一種重要手段，較其它手段更直觀、形象。光學顯微分析是利用可見光觀察物體表面性貌和內部結構，鑒定晶體的光學性質。透明晶體可用透射式顯微鏡（偏光）

不透明物體使用反射式顯微鏡（金相、礦相）。光波的相關概念光波面：光自光源出發(fā)，在某一介質內傳播，在某一瞬間光波所達到的連續(xù)表面。（光線速度面）波前：在光波面上任意一點作一平面與光波面相切，該平面就是向該方向進行的光波的波前。波法線：波前的垂線。不能將其與光線混淆。光線的方向是光能的傳播方向；波法線方向是波的位相傳播方向，波動進行方向。自然光與偏振光自然光（naturallight）：一切從實際光源發(fā)出的原始普通光。光波在垂直于傳播方向的任意方向上振動，且迅速地變換著自己的振動方向。偏振光(polarizedlight)：自然光經反射、折射、吸收等作用或人為，使其保留某一固定方向的光振動。光波只在某一固定方向上振動。自然光與偏振光振動面：偏振光的振動方向與傳播方向構成的平面。偏振光也稱平面偏光，偏光。偏光面：平行于傳播方向而與振動面垂直的面。光的折射(refraction)折射介質對入射介質的相對折射率N

。把真空作為入射介質，任何介質對真空的折射率稱為絕對折射率，簡稱折射率。光線在介質中的傳播速度與介質的折射率成反比。N值的大小反映介質對光波折射的本領。折射率色散：同一介質的N因光波的波長而異。對于同一介質，波長與N成反比。光的反射(reflection)物質對投射在它的表面或磨光面上光線的反射能力稱為反射力。（晶體的結晶面或拋光面對光線的反射能力，在顯微鏡下的直觀表現(xiàn)是明亮程度。）表示反射力大小的數(shù)值稱反射率。（反射力的數(shù)值表示，衡量反射力的指數(shù)。）體色與表色物質表面對白光中各色光等量反射，物質根據(jù)反射率的大小呈現(xiàn)為白色或灰色。物質對各色光選擇性反射，呈現(xiàn)反射色。（物質表面對不同波長的色光反射力不同，選擇性反射的結果——表色。）反射色是鑒定不透明物質的重要特征。光射到物質表面，部分被折射透入內部，遇到不同介質的分界面時，光被反射出來，稱為內反射作用，產生內反射色。（體色）1.3光在晶體中的傳播根據(jù)晶體的光學性質及光在晶體中的傳播特點，把透明物質分為均質體和非均質體兩大類。冰洲石（CaCO3）實驗說明不同晶體產生的光學現(xiàn)象不同。畫有黑點的紙分別放在玻璃和冰洲石下，垂直往下看：

玻璃：1個點；轉動玻璃，點的位置不動。

冰洲石：2點（點的距離與冰洲石厚度有關）；轉動冰洲石，1點不動，1點隨之轉動。光性均質體等軸晶系的晶體和非晶體的光學性質在各方向相同，稱為光性均質體，簡稱均質體。光波在均質體中傳播時：①傳播速度不因振動方向而發(fā)生變化。②折射率值只有一個。③光波射入均質體中，其固有性質不變。光性非均質體中級晶族和低級晶族的晶體光學性質隨方向而異，稱為光性非均質體。①傳播速度隨振動方向不同而改變。②折射率不止一個。③除特殊方向外，均發(fā)生雙折射。④存在不發(fā)生雙折射的特殊方向——光軸。

一軸晶：中級晶族二軸晶：低級晶族1.4光率體晶體的光學性質比較復雜，大多隨測試方向的不同而變化。人們在實驗的基礎上引用一些具有不同物理意義的輔助曲面，幫助說明這些現(xiàn)象及其變化規(guī)律。光率體就是在晶體光學性質的研究中經常用到的一種空間曲面圖形。光率體光率體是將折射率值在光波的振動方向上以一定長度的線段表示出來的一種光性指示體。圍繞晶體中心的一點在光波的振動方向上以N值的大小為向量半徑所作的封閉幾何曲面。光率體光率體是從不同介質中實測而得出的抽象幾何圖形，反映了晶體光學性質中最本質的特征——光波振動方向與N之間的關系。光率體可分為三大類：均質體光率體、一軸晶光率體、二軸晶光率體。一軸晶光率體

一軸晶是屬于中級晶族各晶系的晶體，宏觀對稱的共同特點是只有一根高次軸。水平結晶軸單位相等，水平方向上光學性質相同。光線沿高次軸方向和垂直于高次軸的方向入射，所顯示的光學性質不同。o光與e光⊥振動，o光⊥光軸振動，e光在入射光與光軸組成的平面內振動一軸晶光率體（石英、方解石）一軸晶光率體形態(tài)：旋轉橢球體（二軸橢球體）二個主要方向截面——橢圓、圓二個折射率值：Ne、No主切面：包含兩個主折射率的切面光軸：非均質體中的均質方向光學主軸：代表主要光學振動方向Ne

一軸晶：有一根光軸的晶體一軸晶光率體切面雙折射率：與光率體相切截面的長、短半徑之差（Ng′-Np′）。其數(shù)值隨切面的變化而變化的。晶體的雙折射率=主切面的切面雙折射率。雙折射率的產生是晶體非均質性的必然結果，其大小是晶體光性非均質程度的直接表現(xiàn)。一軸晶光率體光性均質體光率體是一軸晶當Ng-Np=0時的特殊情況。入射波法線一定時，在垂直此方向作光率體的切面中可知光波在晶體中的振動方向，相應的N及△N，這是應用光率體的本質所在。二軸晶光率體形態(tài)：三軸橢球體三個主要方向截面均為橢圓主軸（三個主折射率）：Ng、Nm、Np主軸面：包含兩個主軸的切面（NgNp、NgNm、NmNp相互垂直）光軸（OA）:為非均質體中兩個均質方向二軸晶：具有兩根光軸的晶體。二軸晶光率體光軸面（OAP）：含兩根光軸的平面，NgNp光學法線：通過光率體中心且垂直于光軸面的方向線，與Nm一致。光軸角（2V）:兩根光軸間的夾角，銳角代表礦物光軸角2V。銳角等分線（Bxa）:光軸銳角的角平分線鈍角等分線（Bxo）:光軸鈍角的角平分線二軸晶光率體光性：正負取決于Bxa是Ng還是NpBxa=Ng（+）Bxa=Np（-）Bxa究竟是Ng還是Np取決于Ng、Nm、Np