1[1].5锥光镜下晶体的光学性质

齐齐哈尔大学无机非金属材料系1.5锥光镜下的晶体光学性质齐齐哈尔大学无机非金属材料系1.5.1锥光镜的装置及特点•1.锥光镜的装置：•在正交偏光镜的基础上，于下偏光镜之上，载物台之下，加上一个聚光镜(把聚光镜升到最高位置)，换用高倍物镜(40X、45X)，推入勃氏镜或去掉目镜，便完成了锥光镜的装置。齐齐哈尔大学无机非金属材料系2.特点：•加入聚光镜的作用，在于使透过下偏光镜的平行偏光束变成锥形偏光束(图)。锥形偏光束与平行偏光束的重要区别，在于平行偏光基本上是以同一方向垂直射入矿片(图A)，而锥形偏光中，除中央一条光波垂直射入矿片以外(图B及C)，其余各条光波都是倾斜射入矿片，而且愈外倾斜角愈大，在矿片中所经历的距离愈外愈长。齐齐哈尔大学无机非金属材料系A平行光B锥形光C锥形光剖面图齐齐哈尔大学无机非金属材料系3.干涉图：•锥光装置下观察到的图形称为干涉图。干涉图不是矿物本身的形象，应当是偏光锥中各个方向入射光波通过矿片后，到达上偏光镜所发生的消光与干涉现象的总和，它们构成各种特殊的图形。•由于低倍物镜工作距离长，只能接纳小范围的锥型入射偏光束，故看到的干涉图不完整。而高倍物镜工作距离短，能接纳大范围的锥形入射偏光束，故看到的干涉图完整、清晰。齐齐哈尔大学无机非金属材料系不同倍数物镜能接纳的锥光范围及显示的干涉图齐齐哈尔大学无机非金属材料系观察干涉图方法•观察干涉图时；要去掉目镜或加入勃氏镜。•去掉目镜，可直接观察到物镜焦点平面上的干涉图实像，其图形虽小，但很清楚。•不去掉目镜，则必须加入勃氏镜才能看到干涉图。齐齐哈尔大学无机非金属材料系（1）均质体矿物的干涉图•因为不发生双折射，不改变入射光波的振动特点，所以，在锥光镜下不能形成干涉图。齐齐哈尔大学无机非金属材料系（2）非均质体矿物的干涉图•因光学性质随入射光方向而异，故干涉图随轴性和切片方向而异。齐齐哈尔大学无机非金属材料系1.5.2一轴晶干涉图•一轴晶矿物有垂直光轴切片、斜交光轴切片和平行光轴切片的干涉图。齐齐哈尔大学无机非金属材料系1．直光轴切片的干涉图（1）形象特点•①黑十字，如图所示，由一个互相垂直的黑十字组成，且分别平行上、下偏光镜振动方向，即平行目镜十字丝。黑十字交点位于视域中心，为光轴出露点。•②同心圆状干涉色色圈，如图(a)所示，以光轴出露点为圆心，由中心向外干涉色升高，且干涉色色圈愈来愈密。同心圆状干涉色圈的有无、或多少，取决于矿物本身双折射率大小和薄片厚度。若无同心圆状干涉色色圈，则仅见黑十字，四个象限呈一级灰干涉色。•③旋转物台360º，干涉图不变。齐齐哈尔大学无机非金属材料系一轴晶垂直光轴切片干涉图齐齐哈尔大学无机非金属材料系（2）成因•由于入射光是锥形偏光束，而切片又是垂直光轴的，故仅中央一条光线垂直射入，其余者均倾斜射入，而且是愈外倾斜角度愈大,在薄片中所经历的距离也是愈向外愈长。•除中央一条光波的光率体切面为圆外，其余者均为椭圆，这些椭圆的分布是有一定规律的。只要掌握其分布规律，一轴晶垂直光轴干涉图的成因，就得到了解释。齐齐哈尔大学无机非金属材料系齐齐哈尔大学无机非金属材料系球面投影的原理•球面投影的原理，能说明这些光率体椭圆半径的分布规律。如图所示，将一轴晶光率体置于球体中，使球心和光率体中心一致，球轴和光轴一致。假设在球心有一点光源，将一轴晶光率体各方向入射光椭圆半径投影到球面上，这样就得到各椭圆半径在空间的分布情况。在图中可看出，在球面上，经线切线方向和Ne′方向一致，纬线切线方向和No方向一致。•把球面投影再投射到垂直光轴的平面上，即可得到一轴晶垂直光轴切片上光率体椭圆半径分布方位图。图中放射线方向为Ne′方向，同心圆切线方向为No方向。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图一轴晶中非常光振动方向在球面上的分布方位齐齐哈尔大学无机非金属材料系黑十字的成因•从图中可看出，东西、南北方向上的光率体椭圆半径和上、下偏光镜振动方向AA、PP平行或近乎平行。因此，在正交偏光镜下消光或近乎消光，形成两个平行AA、PP的黑带。两个黑带互相垂直形成黑十字状。•除黑十字外，其余部分的光率体椭圆半径与AA、PP方向斜交。因此在正交偏光镜下应产生干涉现象。当白光为光源时，则产生干涉色。齐齐哈尔大学无机非金属材料系干涉色色圈的成因•从图中可看出，锥形偏光束的中央一条光波是垂直射入薄片的，不发生双折射，双折射率为零，光程差也为零。•由中央向外，入射光波和光轴的夹角愈来愈大，双折射率也愈来愈大，而且片厚也逐渐增大，所以光程差也是愈向外愈大。•由于入射光波是锥形偏光束，凡与光轴夹角相等的各入射光波，光程差大小相等，所以构成同心圆状干涉色色圈。•光程差愈外愈大，故干涉色级序也愈外愈高。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图干涉色色圈的成因（正光性）从图中可看出，一轴晶垂直光轴切片光率体分布呈放射状，具均匀对称的特点，因此，旋转360º,干涉图不发生变化。齐齐哈尔大学无机非金属材料系齐齐哈尔大学无机非金属材料系3．应用•(1)确定轴性和切片方向•(2)测定光性符号•如图所示，一轴晶垂直光轴干涉图中在黑十字除外的四个象限中，放射线方向为Ne′方向，同心圆切线方向为No方向。干涉图中Ne′和No的方向齐齐哈尔大学无机非金属材料系确定光性符号•当一轴晶正光性时NeNo；当一轴晶负光性时NeNo，已知干涉图中Ne′和No的方向，只要测定其相对大小，即可确定光性符号。•如图补色器的光率体椭圆半径方向为已知，当正光性时，如图(A)，1、3象限同名半径互相平行，干涉色升高，2、4象限异名半径互相平行，干涉色下降；•当负光性时如图(B)，1、3象限异名半径互相平行，干涉色下降，2、4象限同名半径互相平行，干涉色升高。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图确定光性符号齐齐哈尔大学无机非金属材料系方解石垂直光轴切面的光性确定石英垂直光轴切面的光性确定齐齐哈尔大学无机非金属材料系•选用何种补色器为宜，视薄片干涉色而定，若干涉色高色圈多者，宜用云母试板或石英楔，•若干涉色低、色圈少或仅见一级灰干涉色者宜用石膏试板。齐齐哈尔大学无机非金属材料系•若选用石英楔，试板光率体方向已知，随着石英楔的慢慢插入•正光性时，在干涉色升高的1、3两个象限内干涉色色圈向内移动，在干涉色下降的2、4两个象限内干涉色色圈向外移动。•若负光性时，则相反。齐齐哈尔大学无机非金属材料系2．斜交光轴干涉图(1)形象特点•斜交光轴切片光轴的出露点不在视域中央，故其干涉图为不完整的黑十字和不完整的干涉色色圈。斜交光轴干涉图齐齐哈尔大学无机非金属材料系•当光轴和薄片法线夹角不大时，光轴出露点在视域中，但不在十字丝交点。旋转物台，黑十字交点环绕十字丝中心作圆周运动，干涉色色圈随之移动，黑带作上，下左右平行移动。齐齐哈尔大学无机非金属材料系•光轴和薄片法线夹角大时，光轴出露点在视域之外，视域内只见到一条直的黑带和部分干涉色色圈。旋转物台，黑带作平行移动，并交替在视域中出现。齐齐哈尔大学无机非金属材料系光轴倾角很大时，黑带较宽大。转动物台时，黑带呈弯曲状扫过视域，这种切面的干涉图不能确定轴性。（见下图）齐齐哈尔大学无机非金属材料系（2）旋转物台黑带移动规律•利用一轴晶斜交光轴干涉图进行测定时，当光轴和薄片法线夹角较大时，首先要确定其光轴出露点；即所看到的视域是第几象限。光轴出露点可根据旋转物台，黑带移动规律来确定。•如图所示，视域中见到一条水平黑带，顺时针旋转物台，若向上移动，则光轴出露点在视域左侧；若向下移动，则光轴出露点在视域右侧，；若向左移动则光轴出露点在视域下方，；若向右移动，则光轴出露点在视域上方。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图顺时针旋转物台时，根椐黑带的移动，来确定光轴出露点齐齐哈尔大学无机非金属材料系（3）应用•①当光轴和薄片法线夹角不大时，这种干涉图可用来确定轴性和切片方向。•②测定光性符号•根据黑带移动规律，确定光轴出露点和所见视域属第几象限后，即可测定其光性符号。•测定方法同垂直光轴干涉图。齐齐哈尔大学无机非金属材料系3．平行光轴切片干涉图（1）形象特点•光轴和上、下偏光镜振动方向之一平行时，视域中见到一个粗大模糊的黑十字，几乎占据整个视域。稍稍转动物台，黑十字分裂，并沿光轴方向迅速退出视域。•当光轴和上、下偏光镜振动方向成45°夹角时，视域最亮。•由于这种干涉图变化迅速，故称之为瞬变干涉图或闪图。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图一轴晶平行光轴切片干涉图齐齐哈尔大学无机非金属材料系•若该矿物的双折射率很高，则在相对象限，呈对称的双曲线状干涉色色带。•光轴所在的二象限，干涉色从中心向两边逐渐降低；•在垂直光轴的二象限内，干涉色由中心向两边逐渐升高。若该矿物双折射率低，仅见一级灰干涉色，不见对称的双曲线状干涉色色带。齐齐哈尔大学无机非金属材料系（2）成因•根据光率体球面投影，得平行光轴切片光率体椭圆分布，如图所示。当光轴与上、下偏光镜振动方向之一平行时，如图中小圆所示，大部分光率体椭圆半径方向和上、下偏光镜振动方向平行或近乎平行，故消光或近乎消光，因此形成粗大模糊的黑十字。•稍稍转动载物台，则所有光率体半径均于上、下偏光镜振动方向斜交，黑十字分裂并迅速退出视域而使视域变亮而出现干涉色。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图平行光轴切片上光率体椭圆半径的分布齐齐哈尔大学无机非金属材料系（3）应用•①当轴性已知时，可以确定切片方向。•②当轴性已知时，可以测定光性符号。齐齐哈尔大学无机非金属材料系测定光性符号•旋转物台，黑带退出视域的方向，即光轴方向。当光轴在45º位置时，视域最亮。如果双折率较大，可见对称色带，则干涉色较低两个象限的连线方向为光轴方向。此时，加入试板，观察整个视域内干涉色的升降变化，确定与光轴平行的光率体椭圆半径Ne是Ng或Np，即可决定光性正负。•如果光轴方向已知，取消锥光镜，直接在正交偏光镜间亦可测定光性符号。把光轴转到45º位置，加入试板，观察矿片干涉色级序的升降变化，确定Ne是Ng或Np,以决定光性符号。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图一轴晶平行光轴切片干涉图光性符号的确定图A中，加入试板后，视域内干涉色降低，即异名半径平行，证明Ne=Ng，为正光性。图B中，加入试板后，视域内干涉色升高，即同名半径平行，证明Ne=Np，为负光性。齐齐哈尔大学无机非金属材料系齐齐哈尔大学无机非金属材料系齐齐哈尔大学无机非金属材料系1.5.3二轴晶干涉图•二轴晶干涉图有垂直锐角等分线切片，垂直一个光轴切片，斜交光轴切片，垂直钝角等分线切片和平行光轴切片五种不同类型。齐齐哈尔大学无机非金属材料系1.垂直锐角等分线(Bxa)切片干涉图(1)形象特点•当光轴面和上、下偏光镜之一振动方向一致时，见一黑十字和“∞”状干涉色色圈。•黑十字粗细不等，AP面方向细，二光轴出露处最细，垂直AP面方向(Nm方向)粗。黑十字二黑带分别平行AA、PP。黑十字交点为Bxa出露点，位于十字丝中心。•干涉色从二光轴出露点向两侧逐渐升高，故干涉色色圈的形状，近二光轴出露处为卵形曲线，向外合并为“∞”，再外则形成凹形椭圆。•干涉色色圈的有无和多少，取决于双折射率和片厚。若双折射率很小，且片薄，则仅见黑十字四个象限内的一级灰干涉色。齐齐哈尔大学无机非金属材料系•旋转物台，黑十字从中央分裂，变作二弯曲黑带。当AP面和AA、PP成45º夹角时，二弯曲黑带距离最远。•二弯曲黑带的顶点为二光轴出露点，并突向Bxa出露点。二光轴出露点之间距离取决于2V。二光轴出露点、Bxa出露点连线为AP面方向。•继续旋转物台，二弯曲黑带顶点逐渐向视域中心靠拢，至90º时，又合成为黑十字，但粗细位置已更换。继续旋转物台，黑十字再度分裂。•在旋转物台过程中干涉色色圈形状不变，随光轴出露点移动而移动。齐齐哈尔大学无机非金属材料系图二轴晶垂直Bxa切片的干涉图齐齐哈尔大学无机非金属材料系齐齐哈尔大学无机非金属材料系(2)成因•二轴晶垂直锐角等分线干涉图的成因，可用拜阿特-弗伦涅尔定律来解释。•拜-弗定律的含义是：光波沿任意方向射入二轴晶矿物中，垂直入射光波的光率体椭圆半径，必定是入射光波与二光轴所构