晶体光学基础.ppt

第三章 晶体光学基础第一节 光在晶体中的传播§1·光的特征 q 光是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直（横波）,可见光是电磁 波谱中的一段，波长3900～7700埃3900～4460 ～ 4640～ 5000～ 5780～ 5920 ～ 6200 ～7700 | 紫| 兰 | 青 | 绿 | 黄 | 橙 | 红 |一、自然光与偏光第三章 晶体光学基础§ 根据光波的振动特点，可见光可分为 q自然光 q偏光 § 由光波的振动方向及传播方向所构成的平面叫 振动面第一节 光在晶体中的传播第三章 晶体光学基础§ 2·自然光第一节 光在晶体中的传播q一切普通光源所发出的光都是自然光q它是光源中大量分子或原子辐射的电磁波的混合q在垂直光波传播方向的平面内，一切方向上都有光振动，而且在宏观统计规律上各方向上的光振动的大小是均匀的q自然光特征在垂直于光波传播方向的平面内各方向都有振幅相等的光振动第三章 晶体光学基础§3·偏光第一节 光在晶体中的传播q自然光经过反射、折射、双折射等作用，转变为只有一个固定振动方向的光波，称为偏振光，简称偏光q偏光振动面只有一个，因此以叫平面偏光。

q晶体光学中主要是利用平面偏光，很少利用自然光q偏光显微镜研究晶体时是把自然光经过折射或选择性吸收作用转变为偏光第三章 晶体光学基础二·光的折射及折射率§1、折射率的概念 q 无论自然光还是偏光，当从一种介质传播到另一介质，在两介质的界面上 将产生折射现象 q 由于光在不同的介质中的传播速度不同，介质分界面上光发生不同程度的 折射进入第二种介质 q 入射角正弦与折射角正弦之比，对于两种固定的介质来说，是一个常数 这就是折射定律可以用公式表示：式中 Vi:光在入射介质中（介质1）的传播速度，i:入射角 Vr光在折射介质中（介质2）的传播速度，r:折射角 N:折射介质对入射介质的折射率第一节 光在晶体中的传播第三章 晶体光学基础§ 2、绝对折射率q 如果把真空作为第一种介质，任何物质相对于真空的折射率称为绝对折射率，简称折射率q 空气的折射率为1.003即光在空气中的传播速度与真空中相近，通常把空气折射率近似看作1q 从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小晶体中光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于1第一节 光在晶体中的传播第三章 晶体光学基础§3、折射率色散第一节 光在晶体中的传播q同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异q对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。

同一介质在紫光中测得的折射率最大，在红光中测得的折射率最小q晶体的折射率色散能力，是指晶体在两种波长中测定的N值之差，差值越大，色散能力越强，差值越小，色散能力越弱如萤石色散能力弱，N紫－N红＝0.00686金刚石色散能力强，N紫－N红＝0.05741q不同状态的介质，色散能力也有差异，液体色散能力较固体强q为了不受色散影响，测折射率宜在单色光进行，通常的利用黄光第三章 晶体光学基础§4、全反射第一节 光在晶体中的传播q光从光疏介质光密介质，入射角会小于折射角，当折射角等 于90度时，光线不再进入第二介质，而是全部从界面上反射回 来，这种现象叫全反射 q此时的入射角称为临界角可以用下式表示：只要知道了两种介质的N值的大小，即可得出临界角的大小第三章 晶体光学基础三、光在均质体及非均质体中的传播特点§1、透明物质分类q光性均质体和光性非均质体q光性均质体Ø光在其中传播的速度不因振动方向的不同而发生改变Ø光在各个方向的传播速度不变，在均质体中任何方向上的折射率均相等 ，折射率值只有一个Ø自然光入射均质体后仍然是自然光，偏光入射均质体后振动方向不发生 改变Ø等轴晶系及一切非晶质体都是光性均质体。

不同均质体中光的传播速度 不同第一节 光在晶体中的传播第三章 晶体光学基础q光性非均质体Ø光在其中传播时，其传播速度随振动方向的不同而发生改变的一类物质Ø自然光进入光性非均体后，原任意方向振动的光波，就变成两个振动方向垂直的光波Ø且此二光波的传播速度除个别方向外，一般是不等的第一节 光在晶体中的传播第三章 晶体光学基础§2、双折射现象：第一节 光在晶体中的传播q 一轴晶 Ø 只有一个方向不发生双折射，即一根光轴 Ø 此类晶体有三方晶系、四方晶系、六方晶系体 q 二轴晶 Ø 有两个方向不发生双折射，即两根光轴 Ø 此类晶体有斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系q光入射非均质体，产生两条振动方向垂直的光波，这种现象称为 双折射 q光波入射光性非均质体中只有特定方向不产生双折射，不发生双 折射的特殊方向称为光轴第三章 晶体光学基础第一节 光在晶体中的传播q一轴晶双折射的特点:Ø 一束偏光的振动方向永远垂直光轴Ø 传播速度及折射率值不变，称为常光,符号O表示Ø 常光的折射率值不随入射光波的振动方向的改变而改变，其折射率值用No表示Ø 另一偏光的振动方向在光波的传播方向及光轴所构成的平面内Ø 其传播速度与折射率值随光波的振动方向的改变而改变，称为非常光，以符号E表示，折射率值用Ne表示。

第三章 晶体光学基础一、光率体的概念 §光率体是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向与相应的折射率值之间关系的一种光性指示体 §设想各方向入射的光波均通过晶体的某点振动，在各方向上依其N值的大小按比例截取一线段，再把各线段的端点联结起来，即成光率体 §光率体是一立体图形，是从光波振动方向与相应的折射率的实际测量中抽象得出的概念，它形状简单，应用方便，是解释一切晶体光学现象的基础 §各类晶体的光学性质不同，光率体亦不同第二节 光率体第三章 晶体光学基础q 光波在均质体中传播，其传播速度不因传播方向的改变而改变q 自然光入射后也不发生双折射，q 对于确定介质来说，折射率值为常数q 按光率体作图法，其图形为一球体，q 任意一个通过光率体中心的切面为一圆形第二节 光率体二·均质体光率体第三章 晶体光学基础q 1、光率体的构成 当光线垂直石英C轴入射，振动方向垂直C轴，N＝1.544，（No常光） 振动方向平行于C，N＝1.553，（Ne为非常光） Ø 以此二线段构成椭圆的两轴，以Ne为旋转轴，得一旋转椭球体， 即为一轴晶光率体（正光性） Ø 这种光率体特点：其旋转轴为长轴（光轴），光线沿光轴方向振 动的折射率值大，垂直光轴方向振动的折射率值最小。

第二节 光率体三·一轴晶光率体q当光波垂直方解石C轴入射，发生双折射， 折射率值No＝1.658，另一束偏光非常光振动 方向平行C轴，折射率值Ne＝1.458Ø 以C轴为旋转轴，得一扁平的旋转椭球体，凡 此种特点的光率体称为负光性光率体第三章 晶体光学基础§2、光率体形状第二节 光率体q一轴晶晶体的水平结晶轴单位相等，水平方向上的光学性质相同q一轴晶光率体是一个以C轴为旋转轴的旋转椭球体q一轴晶光率体有正负之分正光性光率体旋转轴为长轴，负光性旋转轴为短轴第三章 晶体光学基础§ 3、光性正负的判断q无论是正光性还是负光性，一轴晶光率体都是旋转 椭球体，其旋转轴永为Ne轴水平轴永为No轴qNe与No代表一轴晶矿物折射率的最大值与最小值， 称为主折射率 Nmax一般以Ng表示，Nmin以Np表示q当Ng＝Ne，Np＝No时为正光性q当Ng＝No，Np＝Ne时为负光性qNg与Np之差（Ng－Np）是一轴晶矿物最大双折射率第二节 光率体第三章 晶体光学基础§4、一轴晶光率体的主要切面第二节 光率体q镜下鉴定矿物时遇到的晶体各个方向的光率体切面， 一轴晶光率体的主要切面有三种 qA·垂直光轴切面 Ø 垂直光轴切面形状为圆形，半径为No Ø 光波垂直这种切面入射，不发生双折射，也不改变入射光波 的振动方向，折射率值为No Ø 双折射率值为0，一轴晶光率体只有一组这样的切面。

第三章 晶体光学基础第二节 光率体§B·平行光轴切面q切面为椭圆，长短轴分别为Ng及Np（正光性时长轴为Ne，负光性时短轴为Ne）q光波垂直入射（垂直光轴）发生双折射，分解成两束偏光，其振动方向分别与椭圆的长短半径平行，折射率分别等于Ne及Npq此种切面上有最大双折射率Ng－Np §C·斜交切面 q斜交切面仍为椭圆，长短半径分别为No及Ne‘，光波垂直此种切面入射，发生双折射双折射率等于|Ne’－No|q双折射率递变于0与Ng－Np之间q一轴晶任何斜切面始终有一个半径是No，当为正光性时，短轴为No，当为负光性时，长轴为No第三章 晶体光学基础第二节 光率体§1、二轴晶光率体的形状 q低级晶族属于二轴晶，这类晶体有大中小三个主折射率 q主折射率分别与空间相互垂直的三个振动方向相当，符号Ng 、Nm、Np， q其他振动方向相当的折射率递变于Ng、Nm、Np之间分别以 Ng'、Np'表示即：Ng>Ng'>Nm>Np'>Np三、二轴晶光率体第三章 晶体光学基础第二节 光率体二轴晶光率体实例 二轴晶椭球体是三轴不等的椭球体 镁橄榄石对称型为3L23PC，当入射光分别平行三主轴时，三个主折射 率分别是： ||c入射，a方向：1.715，b方向：1.652 ||a入射，c方向：1.680，b方向：1.651 ||b入射，a方向：1.715，c方向：1.680 把这三个椭圆切面按他们的空间方位联系起来，即为其光率体，是一 个三轴椭球体，三轴称为光学主轴。

在三个主切面上，平行a,b,c三轴 的三个主折射率分别是Ng,Nm,Np大中小以表示，其他二轴晶也有此性 质三轴椭球体的三轴相对大小第三章 晶体光学基础第二节 光率体 §2、二轴晶光率体的主要光学方向q二轴晶光率体有三个主折射率，分别与相互垂直的三个振动方向相当，值的大 小、振动方向在晶体中的位置有差别q椭球体的三个相互垂直的轴，代表二轴晶三个主要光学方向，称为光学主轴q包含二主轴的切面称为主轴面，二轴晶有三个相互垂直的主轴面，即NgNm面、 NgNp面、NmNp面q光率体的NgNp之间可作一系列的切面，它们的半径之一始终为Nm，另一半径递 变于NgNp之间，总可以找到一半径为Ng‘＝Nm，那么这个切面的形状为圆，同样 在光率体的另一侧也有此圆切面q当光波垂直二圆切面入射，不发生双折射，此二方向为二轴晶的光轴，故称为 二轴晶，以符号OA表示第三章 晶体光学基础第二节 光率体 §3、光性正负及光轴角大小 q包含二光轴的切面称为光轴面（即NｇNｐ面）以符号AP表示 q过中心垂直光轴面的直线称为光学法线（即Nｍ） q二光轴所夹角称为光轴角，锐角符号2V，钝角符号2E锐角平分线叫Bxa， 钝角平分线叫Bxo。

q二轴光率体也有正负之分，区分正负光性以Nｇ或Nｐ为锐角平分线来定 Ø Bｘａ＝Nｇ，Bｘｏ＝Nｐ：正光性 Ø Bｘｏ＝Nｇ，Bｘａ＝Nｐ：负光性 q以Nｇ、Nｍ、Nｐ的相对大小，也可判断光性正负 Ø 当Nｇ－Nｍ>Nm－Np时，则Bxa＝Ng，正光性 Ø 当Ng－Nm

第三章 晶体光学基础第二节 光率体§E·斜交切面q即不。