正交偏光鏡下的晶體光學(xué)性質(zhì)

第四章正交偏光鏡下的晶體光學(xué)性質(zhì)一種比蔗糖甜200倍的甜味劑DNA的自然狀態(tài)維生素C、聚氯乙烯等食糖海浪阿司匹林維生素C“BizarreWindows”維生素C“TheStand”硫磺“Lover’sLeap”硫磺庫地橄欖巖未來之路祁漫塔格阿達(dá)灘白云母第一節(jié) 正交偏光鏡的裝置及特點(diǎn)一、裝置1.在下偏光鏡PP的基礎(chǔ)上，推入上偏光鏡，且上偏光鏡(AA)與下偏光鏡(PP)的振動(dòng)方向互相垂直，并分別平行于目鏡十字絲的方向。2.觀察的光學(xué)性質(zhì)在正交偏光鏡裝置下，可以觀察礦物的晶體性質(zhì)包括:消光、消光位和消光類型，消光角的大小觀察礦物的干涉色,測定礦物干涉色的級(jí)序觀察礦物雙晶，測定礦物延性正負(fù)等。方解石干涉色二、正交偏光鏡的特點(diǎn)1.不放薄片,視域?yàn)楹诎?因?yàn)镻P光,不能通過AA方向,光波無法通過上偏光鏡,視域黑暗.二、正交偏光鏡的特點(diǎn)2.若放薄片,且切片方向?yàn)榫|(zhì)體任意切面,或非均質(zhì)體垂直光軸的圓切面,不發(fā)生雙折射,光波透過薄片后,不發(fā)生雙折射,得到的一束偏光仍不能透過上偏光鏡AA方向,視域黑暗,產(chǎn)生消光二、正交偏光鏡的特點(diǎn)3.若放薄片,且為非均質(zhì)體斜交光軸切面,但光率體橢圓半徑之一平行PP(垂直AA),光波透過薄片后,不發(fā)生雙折射,得到的一束偏光仍不能透過上偏光鏡AA方向,視域黑暗,產(chǎn)生消光.二、正交偏光鏡的特點(diǎn)4.若放薄片,為非均質(zhì)體斜交光軸切面,且光率體橢圓半徑之一與PP斜交,PP偏光透過薄片后,發(fā)生雙折射,分解為2種偏光,這2種偏光再透過上偏光AA后,發(fā)生干涉現(xiàn)象,最后顯示一定的顏色(后邊詳細(xì)講)二、正交偏光鏡的特點(diǎn)：小結(jié)第二節(jié)消光與消光類型概念:消光——透明礦物薄片，在正交偏光鏡下呈黑暗的現(xiàn)象，稱為消光。消光位——消光時(shí)所處的位置，稱為消光位。一、礦物的三種消光現(xiàn)象1.全消光——

均質(zhì)體或非均質(zhì)體垂直光軸的切片,在正交偏光鏡下,旋轉(zhuǎn)物臺(tái)360,視域始終呈黑暗,這種現(xiàn)象稱為全消光.

(原因見右圖)一、礦物的三種消光現(xiàn)象2.四次消光——

非均質(zhì)體除垂直光軸以外的任何切片,在正交偏光鏡下,旋轉(zhuǎn)物臺(tái)360,視域呈四次黑暗、四次明亮的現(xiàn)象，黑暗時(shí)為消光，因此稱為四次消光.

(原因見右圖)

一、礦物的三種消光現(xiàn)象3.不消光——非均質(zhì)體礦物集合體，在正交偏光鏡下,有的礦物顆粒光率體橢圓半徑與PP，AA一致，呈消光狀態(tài)，而同時(shí)其他大部分的礦物礦物顆粒光率體橢圓半徑與PP，AA斜交，因此整個(gè)集合體的視域不消光。二、礦物的三種消光類型劃分的依據(jù)：

依據(jù)礦物消光時(shí)，礦物的解理、雙晶縫以及晶面跡線與目鏡十字絲的關(guān)系，可以劃分出三種消光類型。1.平行消光礦片消光時(shí)，解理縫、雙晶縫或晶面跡線與目鏡十字絲之一平行。2斜消光礦片消光時(shí)解理縫、雙晶縫或晶面跡線與目鏡十字絲斜交。消光角——解理縫、雙晶縫或晶面跡線與光率體橢圓半徑之間的夾角稱為消光角。如單斜輝石Ng∧C>303對稱消光礦片消光時(shí)，目鏡十字絲平分兩組解理縫或兩條晶面跡線的夾角。三、各晶系礦物的消光類型1.中級(jí)晶族礦物光率體之Ne(光軸)與晶體C晶軸一致,平行消光、對稱消光為主三、各晶系礦物的消光類型2.低級(jí)晶族礦物(1)斜方晶系3個(gè)主軸Ng，Nm，Np與晶體a,b,c一致，平行消光、對稱消光為主，若有斜消光，其消光角也不大。三、各晶系礦物的消光類型2.低級(jí)晶族礦物(2)單斜晶系晶體b軸與Ng，Nm，Np之一重合，其余2個(gè)分別斜交。例如普通角閃石Nm＝b，Ng∧c=15-20,有{110}解理

，不同方向切面消光類型不同

//(001)切面為對稱消光

//(010)切面為斜消光

//(100)切面為平行消光三、各晶系礦物的消光類型2.低級(jí)晶族礦物如斜長石(An35)Ng∧b,Nm∧cNp∧a，(3)三斜晶系a,b,c軸與Ng，Nm，Np分別斜交絕大多數(shù)切面為斜消光，且消光角隨著切面方向不同而有差異小結(jié)：晶系與消光類型等軸晶系：全消光中級(jí)晶族：平行消光斜方晶系：平行消光、對稱消光單斜晶系：平行消光、對稱消光、 斜消光三斜晶系：斜消光小結(jié)：不同晶系的礦物及其不同方向大切片，其消光類型不同。第三節(jié)光的干涉現(xiàn)象與光程差一、光波的相干性光的干涉作用——波長相同、相差恒定、傳播方向相近的2束或者2束以上的光在同一介質(zhì)中相遇時(shí)，在重疊區(qū)相互作用產(chǎn)生相長增強(qiáng)或相消減弱的明暗相間的干涉條紋的現(xiàn)象。(1)若振動(dòng)方向一致、頻率相同——雙倍振幅，相長增強(qiáng)、亮度增加(2)若谷對峰、峰對谷的相干波——振幅減弱或者抵消。二、正交偏光間光的干涉現(xiàn)象1.薄片中偏光分解偏光進(jìn)入處于消光位以外的非均質(zhì)體切片時(shí)，發(fā)生雙折射現(xiàn)象，即分解成K1和K2振動(dòng)的兩束偏光。路徑:PP——進(jìn)入光片——發(fā)生雙折射——分解為2束偏光K1和K2，且NK1>NK2K1和K2速度不同，先后透過薄片2.上偏光中偏光的再次分解由于K1折射率大于K2折射率，故在薄片中的傳播速度不同，因而先后透出薄片并到達(dá)上偏光鏡。因其振動(dòng)方向既不平行又不垂直上偏光鏡的振動(dòng)方向，所以再次發(fā)生分解，

K1分解為K1′與K1″，

K2分解為K2′與K2″。分解后K1′與K2′與AA平行,可以通過; K1″與K2″與AA垂直,無法通過;二、正交偏光間光的干涉現(xiàn)象3.透過上偏光鏡后的偏光匯聚透過AA后的2束偏光K1′與K2′特征為:K1′與K2′是由同一種偏光經(jīng)過2次分解而形成的,因此其頻率相同K1′與K2′光程差固定K1′與K2′在同一平面內(nèi)振動(dòng)(//AA)因此,K1′與K2′是相干波,會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象,并且取決于光程差R正交偏光間光的干涉現(xiàn)象小結(jié)三、光程差有關(guān)參數(shù):波長λ,光程差R1.2束偏光發(fā)生干涉的3種情況若R=2n(λ/2)——（半波長偶數(shù)倍），K1’與K2’振動(dòng)方向相反，干涉的結(jié)果是二者互相抵消,黑暗；若R=（2n+1)（λ/2）——（半波長奇數(shù)倍），K1’與K2’震動(dòng)方向相同、振幅相等，互相增強(qiáng)，亮度增強(qiáng)若Ｒ處于上述二者之間，K1’與K2’干涉結(jié)果是，其亮度介于黑暗與最強(qiáng)之間。光程差R——指兩束光通過介質(zhì)后傳播距離的差值三、光程差2.光程差的計(jì)算推導(dǎo)過程(2)推導(dǎo)結(jié)果：光程差(R)等于礦片厚度(d)乘以雙折率(Ng-Np)R=d(Ng-Np)光程差影響光程差R大小的因素：(1)礦物性質(zhì)(2)切面方向(3)薄片厚度應(yīng)綜合考慮：不同礦物的

N不同即使同一礦物、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)光程差干涉結(jié)果與視域亮度，還與K1′與K2′的振幅λ的大小有關(guān)λ越大——亮度越強(qiáng)45

位置————當(dāng)光率體橢圓半徑與AA，PP成45

夾角的時(shí)候，K1′與K2′的振幅最大，視域最明亮，稱為45

位置R=d(Ng-Np)第四節(jié)、干涉色及干涉色色譜表一、干涉色及其成因石英楔:把石英沿著c軸方向磨成一個(gè)楔狀,稱為石英楔. Q,最大

N=0.009,為固定值R=d(Ne-No)=d?N

將石英楔由薄到厚慢慢推入試板孔內(nèi),由于d逐漸增大,則R隨著d逐漸增大Rd第四節(jié)、干涉色及干涉色色譜表2.單色光光源在正交鏡45

位置,插入石英楔,慢慢移動(dòng),視域內(nèi)依次出現(xiàn)明暗相間的干涉條帶產(chǎn)生原因：若R=2n(λ/2)——黑帶；若R=（2n+1)（λ/2）——亮帶若Ｒ處于上述二者之間，亮度介于黑暗與最強(qiáng)之間。亮帶中心與暗帶的距離,取決于λ第四節(jié)、干涉色及干涉色色譜表3.白光光源7種不同λ的單色光混合若R=2n(λ/2)——黑帶；若R=（2n+1)（λ/2）——亮帶對于某一個(gè)光程差R，一種單色光可能是R2n(λ/2)——黑帶暗而另外一種單色光，則未必黑暗每種單色光按照不同的規(guī)律發(fā)生疊加加強(qiáng)和抵消減弱因此與此R對應(yīng)的7種單色光再混合在一起的混合色，就形成了干涉色。白光干涉的各種單色光干涉色紅光λ大，帶寬紫光λ小，帶窄干涉色：單色光混合色是由白光通過正交偏光鏡間的薄片（非均質(zhì)體的非垂直光軸的切面）后，經(jīng)干涉作用形成的，稱為干涉色第四節(jié)、干涉色及干涉色色譜表一、干涉色的級(jí)序產(chǎn)生：白光作為光源，在正交鏡在正交鏡45

位置,將石英楔由薄到厚慢慢推入試板孔內(nèi),由于d逐漸增大,則R隨著d逐漸增大，在視域內(nèi)出現(xiàn)有規(guī)律的、連續(xù)的干涉色：干涉色與干涉色色譜表I級(jí)：暗灰-灰白-淺黃-橙-紫紅0-550nmII級(jí)：藍(lán)-藍(lán)綠-綠-黃-橙-紫紅550-1100nmIII級(jí)：藍(lán)-綠-黃-橙-紅1100-1650nmIIIIII第四節(jié)、干涉色及干涉色色譜表二、干涉色的級(jí)序產(chǎn)生：白光作為光源，在正交鏡在正交鏡45

位置,將石英楔由薄到厚慢慢推入試板孔內(nèi),由于d逐漸增大,則R隨著d逐漸增大，在視域內(nèi)出現(xiàn)有規(guī)律的、連續(xù)的干涉色：級(jí)序升高：干涉色向R增大方向變化——降低：————R減小————二、干涉色色譜表及其應(yīng)用各個(gè)級(jí)序干涉色的特征I級(jí)：暗灰-灰白-淺黃-橙-紫紅0-550nm特色：無藍(lán)綠，出現(xiàn)特有的灰色，灰白色I(xiàn)I級(jí)：藍(lán)-藍(lán)綠-綠-黃-橙-紫紅550-1100nm特色：藍(lán)-綠-黃-橙-紫紅，顏色鮮艷，色彩濃而純，色帶之間界線較清楚，尤其是二級(jí)藍(lán)最清晰最顯著的顏色——二級(jí)藍(lán)III級(jí)：藍(lán)-綠-黃-橙-紅1100-1650nm與第二級(jí)顏色出現(xiàn)順序一致，但是條帶之間界線不如二級(jí)清楚，三級(jí)綠最鮮艷最顯著的顏色——三級(jí)綠IV級(jí)：粉紅-淺綠-淺橙1650-2200nm顏色更淺，混雜不純，條帶之間界線更模糊干涉色與干涉色色譜表第五級(jí)或以上，為高級(jí)白干涉色，>2200nm各色混雜，與珍珠表面接近，呈亮白色I(xiàn)IIIIIIVV三、干涉色色譜表及其應(yīng)用1.干涉色色譜表包含的內(nèi)容:級(jí)序，R，

N，d,且R=d(Ne-No)=d?N

隨著R增大，出現(xiàn)各個(gè)級(jí)序干涉色三、干涉色色譜表及其應(yīng)用2.應(yīng)用若已知某一礦物最高干涉色級(jí)序R和d，

N

＝R/d，可以求出雙折率R=d(Ne-No)=d?N

(2)若已知級(jí)序R和

N，

d=R/N三、干涉色色譜表及其應(yīng)用2.應(yīng)用舉例：石英最高干涉色為一級(jí)黃白，R＝270nm,薄片厚度為0.03mm,它的雙折率多少？解答：查表

N=0.009R=d(Ne-No)=d?N

舉例：石英最高干涉色為一級(jí)黃白，R＝270nm,它的雙折率0.009,薄片厚度為多少？解答：查表

d=0.03mm三、異常干涉色

（自學(xué)）第五節(jié)、補(bǔ)色法則與補(bǔ)色器附件：云母試板、石膏試板和石英楔一、補(bǔ)色法則1.定義——在正交偏光鏡的45

位置放置兩個(gè)互相重疊的非均質(zhì)體礦片(垂直光軸切片除外)，在光波通過此二礦片后，其總的光程差增減法則稱補(bǔ)色法則。2.補(bǔ)色法則若Ng1//Ng2,Np1//Np2，

R=R1+R2,

同名半徑平行，干涉色級(jí)序升高若Ng1//Np2，Ng2//Np1，

R=R1－R2,異名半徑平行，干涉色級(jí)序降低若異名半徑平行， 且R1＝R2

R=0

干涉色為黑色－消光設(shè)第一個(gè)非均質(zhì)體橢圓半徑為Ng1，Np1，光程差為R1

第二個(gè)—————————Ng2，Np2，————R2偏光矢量分解平面圖為何45o位？由右圖可以知道，只有a與b同時(shí)為45o時(shí)，K值才會(huì)最大，這就是為什么我們強(qiáng)調(diào)45o位的原因。二、常用補(bǔ)色器

1.石膏試板R=550nm，干涉色呈一級(jí)紫紅，Ng、Np方向已標(biāo)注在試板上。僅適用于干涉色較低的礦片(二級(jí)黃以下的干涉色)。在礦片上插入石膏試板后，干涉色升高或降低一個(gè)級(jí)序。舉例A:礦片干涉色為二級(jí)黃，加入石膏試板后，升高變?yōu)槿?jí)黃或者降低變?yōu)橐患?jí)黃。舉例B:礦片干涉色為一級(jí)灰(R=150nm)，加入石膏試板(R=550nm)后，同名半徑平行時(shí)，總光程差R=550+150=700nm，礦片干涉色由一級(jí)灰變?yōu)槎?jí)藍(lán)(升高)。異名半徑平行時(shí)，總光程差R=550-150=440nm，礦片干涉色由一級(jí)灰變?yōu)橐患?jí)橙黃(降低)。判斷干涉色的升降時(shí)，低于一級(jí)的干涉色應(yīng)當(dāng)以石膏試板一級(jí)紫紅的干涉色為基準(zhǔn)，石膏試板長邊為Np方向。2.云母試板R=147nm(137nm)左右，相當(dāng)于黃光的1/4波長，故稱1/4λ試板.干涉色呈一級(jí)灰，長邊為Np方向。適用于干涉色為二級(jí)或三級(jí)的礦片.在礦片上插入云母試板后，干涉色升降一個(gè)色序。舉例:如礦片干涉色為一級(jí)紫紅，加入云母試板后，升高為二級(jí)藍(lán)，降低為一級(jí)橙黃。二、常用補(bǔ)色器3.石英楔平行石英光軸方向磨成一個(gè)從薄至厚的楔形石英片，用樹膠粘在兩塊玻璃片之間而成。R=0～1650nm插入石英楔從薄至厚依次產(chǎn)生一級(jí)至三級(jí)的干涉色。石英楔長邊為Ng方向。實(shí)際上我們使用的石英楔長邊為Np方向.二、常用補(bǔ)色器補(bǔ)色器設(shè)計(jì)原理-依據(jù)干涉色級(jí)序圖課堂思考題1.當(dāng)?shù)V片在正交偏光系統(tǒng)下處于消光位時(shí)，插入石膏試板（或云母試板）視域有何變化？2.方解石等碳酸鹽礦物除垂直光軸切面外，其它任意方向切面在正交偏光系統(tǒng)下顯示高級(jí)白干涉色，此時(shí)若插入石膏試板，礦物的干涉色為什么看不到有什么變化？第六節(jié)、正交偏光鏡下主要光學(xué)性質(zhì)的觀察與測定方法

晶體的消光、消光位和消光類型，測定消光角的大小，觀察礦物的干涉色并測定礦物干涉色的級(jí)序，觀察雙晶，測定礦物的延性正負(fù)等。一、非均質(zhì)體礦片上光率體橢圓半徑方向及名稱的測定

1.將欲測礦片置視域中心，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)使礦片消光(消光位)，此時(shí)礦片上光率體橢圓半徑方向必定平行上、下偏光鏡振動(dòng)方向AA、PP。2.旋轉(zhuǎn)45°再轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)45°,礦片干涉色最亮,此時(shí)礦片上光率體橢圓半徑與目鏡十字絲成45°夾角。3.插入試板1從試板孔(45°位置)插入試板，觀察干涉色級(jí)序的升降變化。如果干涉色級(jí)序降低，說明試板與礦片上光率體橢圓切面的異名半徑平行。4.插入試板2如果干涉色級(jí)序升高，表明試板與礦片上的光率體橢圓切面的同名半徑平行。測定光率體橢圓半徑方向及名稱的全過程二、干涉色級(jí)序的觀察與測定1.目估法各級(jí)干涉色都具有一定特點(diǎn)，了解它的特點(diǎn)，憑實(shí)際經(jīng)驗(yàn)便可認(rèn)出它是幾級(jí)干涉色，如Ⅰ級(jí)灰、Ⅱ級(jí)藍(lán)、Ⅲ級(jí)綠等特征干涉色。2、楔形邊法利用礦片楔形邊緣的干涉色圈，判斷礦物的干涉色級(jí)序，是比較簡單的方法。在巖石薄片中，礦物切面往往具有楔形邊緣，其邊緣薄，向中部逐漸加厚，因而礦片的干涉色級(jí)序邊緣較低，向中部逐漸升高。2、楔形邊法判斷方法:邊緣一級(jí)灰白開始.經(jīng)過1條紅帶,干涉色為2級(jí),經(jīng)過n條紅帶,則干涉色為n+1級(jí).3、利用石英楔測定干涉色級(jí)序(1)將選定的礦片置視域中心，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使礦片消光(消光位)。(2)再轉(zhuǎn)載物臺(tái)45°，使礦片至45°位置。此時(shí)礦片干涉色最亮。(3)從試板孔由薄至厚端插入石英楔，觀察礦片干涉色級(jí)序的變化，可能出現(xiàn)下列兩種情況：①隨著石英楔的慢慢插入，礦片上干涉色級(jí)序逐漸升高，表明石英楔與礦片上光率體橢圓切面的同名半徑平行，不可能出現(xiàn)消色位，達(dá)不到測定干涉色級(jí)序的目的，必須轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)90°，使二者異名半徑平行，再進(jìn)行測定。②隨著石英楔的慢慢插入，礦片干涉色逐漸降低，說明石英楔與礦片上光率體橢圓切面異名半徑平行。當(dāng)石英楔插入到與礦片光程差相等時(shí)，礦片消色而變黑暗(往往不是全黑，而是暗灰或混有礦物本身顏色)。再慢慢抽出石英楔，礦片的干涉色又逐漸升高，至石英楔全部抽出時(shí)，礦片顯示原來的干涉色。在抽出石英楔的過程中，仔細(xì)觀察礦片干涉色的變化，如果其間經(jīng)過一次紅色，礦片干涉色為二級(jí)，經(jīng)過n次紅色，礦片干涉色為(n+1)級(jí)。如果一次觀察不清楚，可以反復(fù)操作。利用石英楔法基本原理三、消光角的測定（1）將欲測礦片置視域中心，使其解理縫或雙晶縫或晶體晶面跡線與十字絲之一平行，記錄下載物臺(tái)刻度盤上的數(shù)值。三、消光角的測定（2）轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)使礦片達(dá)消光位，即光率體長短橢圓半徑方向與十字絲平行，再記下載物臺(tái)刻度數(shù)值。兩數(shù)值之差即為礦物的消光角三、消光角的測定（3）再轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)45°，使光率體橢圓半徑與十字絲成45°夾角，插入補(bǔ)色器，根據(jù)干涉色的升降情況，確定所測光率體半徑的名稱。若是平行光軸面的切片，則長短半徑分別為Ng和Np，若不是平行光軸面的切片，則長短半徑分別為Ng′和Np′。三、消光角的測定（4）根據(jù)解理、雙晶的性質(zhì)，判斷其所代表的結(jié)晶方向。三、消光角的表示方法消光角常以結(jié)晶軸或晶面符號(hào)與光率體橢圓半徑的關(guān)系來表示。如普通角閃石在平行(010)切面上的消光角表示為: Ng∧C=22°斜長石垂直(010)晶帶切面上的最大消光角記錄為

Np’∧(010)=25°。消光角的意義對于不同的礦物有所區(qū)別三種消光類型當(dāng)?shù)V片解理或雙晶不發(fā)育時(shí)，利用晶面、晶棱也可以確定消光類型和測量消光角。四、晶體延性和延性符號(hào)的測定定義:一向延伸礦物的延長方向與光率體橢圓切面半徑之間的關(guān)系，稱為晶體的延性。延性有正負(fù)之分，當(dāng)晶體延長方向與Ng一致或與Ng夾角小于45°時(shí)，稱正延性；如果礦物晶體延長方向與Np一致或與Np的夾角小于45°，稱負(fù)延性，延性是礦物的鑒定特征之一。延性測定方法對于斜消光的礦物，只要測定了消光角，就可以判斷其延性正負(fù)。而對于平行消光的礦物，延性符號(hào)的測定方法如下：(1)將欲測的礦物切面置于視域中心，使晶體延長方向平行目鏡十字絲的縱絲，此時(shí)礦物消光(因是平行消光)。(2)旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)45°，使延長方向與目鏡十字絲成45°夾角，加入試板，根據(jù)礦物干涉色的升降變化，判斷光率體橢圓半徑名稱，即可確定延性符號(hào)。例一負(fù)延性磷灰石一級(jí)白干涉色（R1=150nm)加入石膏試板，異名半徑平行，R=R1-R2=550-150=400nm，干涉色相對于試板降低（一級(jí)紅至一級(jí)黃）加入石膏試板，同名半徑平行，R=R1+R2=550+150=700nm，干涉色相對于試板升高（一級(jí)紅至二級(jí)藍(lán)）例二正延性白云母二級(jí)藍(lán)干涉色（R1=650nm)加入云母試板，同名半徑平行，R=R