晶体光学晶体光学教案.doc

《晶体光学》教案于介江高福红董永胜·课程简介《晶体光学》是通过偏光显微镜研究透射光下晶体光学特征的一门科学。目前已广泛地应用于岩石学、矿物学、玻璃、陶瓷、冶金、医药、化工等生产和科研部门。本课程将系统地介绍晶体光学的基本原理、偏光显微镜的基本组成和光率体、光性方位、消光、干涉、消色、补色法则等基本概念。观察并用晶体光学的基本原理解释单偏光系统、正交偏光系统、锥光系统下透明矿物的晶体光学特征。重点讲授透明矿物解理夹角、消光角、延性符号、干涉色级序、光性符号、光轴角、多***公式、吸收性公式的测定方法和透明矿物的鉴定程序。对常见造岩矿物如石英类、长石类、云母类、角闪石类、辉石类、橄榄石类、碳酸盐类矿物的鉴定特征将予以详细的说明。教学目标是使学生掌握偏光显微镜下研究、鉴定透明矿物的基本原理和基本方法;掌握常见矿物的鉴定特征。·参考书目康维国,梁万通,刘亚琴,:东北师范大学出版社,1993李德惠,:地质出版社,1984北京大学地质学系岩矿室,:地质出版社,1979长处地质学院实验中心,透明矿物薄片鉴定(二).校内教材,1975第一章晶体光学基础晶体光学涉及某些重要的物理光学原理和结晶矿物学基础知识,本章要求学生重点掌握光的偏振现象、折射及折射率、光在晶体中的传播特性、晶体中的双折射现象、光率体和光性方位。其中重点是晶体中的双折射现象和光率体的构成;难点是光性方位。一、光的基本性质及有关术语·光具有“波粒”两相性。晶体光学主要利用的是光的波动理论。·光波是一种横波。光的传播方向与振动方向互相垂直。晶体中许多光学现象与此有关。·可见光:电磁波谱中波长范围390—770nm的一个区段,由波长不同的七色光组成。·自然光:在垂直光波传播方向的断面内,光波作任意方向的振动,且振幅相等。·偏振光:在垂直光波传播方向的断面内,光波只在某一固定方向上振动。自然光转化为偏振光的过程称偏振化。·折射定律:Sini(入射角)/Sina(折射角)=Vi(入射速度)/Va(折射速度)=Ni-aNi-a为介质a对介质i的相对折射律。当介质i为真空时,Ni-a称介质的(绝对)折射律,以N表示。N是介质微观特征的宏观反映,是物质的固有属性之一,因此它是鉴定矿物的重要光学常数之一。·全反射临界角和全反射:当光波从光密介质入射到光疏介质时,入射角i总是小于折射角a,当a=90°时,i=f,此时入射角f称为全反射临界角。当入射角i>f时,折射光波不再进入折射介质而全部返回到入射介质,这种能量的突变称为全反射。二、光在晶体中的传播根据光在物质中的传播特点,可以把自然界的物质分为光性均质体和光性非均质体。·光性均质体:指光学性质各方向相同的晶体。包括等轴晶系的矿物和非晶质物质。·光波在均质体中的传播特点:光的传播速度不因光的振动方向不同而发生改变(各向同性),联系折射定律可知,均质体的折射率只有一个。·光性非均质体:光性非均质体的光学性质因方向不同而改变(各向异性)。包括中级晶族(一轴晶)和低级晶族(二轴晶)的矿物。·光波在非均质体中的传播特点:光的传播速度因光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。因而非均质体的折射率也因光波在晶体中的振动方向不同而改变。·有关术语介绍:双折射、双折射率、光轴、一轴晶矿物、二轴晶矿物。(1)双折射:光波射入非均质体,除特殊方向外,将分解成振动方向互相垂直,传播速度不同,折射率不等的两种偏光,这种现象称为双折射。(2)双折射率:两种偏光的折射率值之差称为双折射率。许多晶体光学现象与此有关。(3)光轴:光波沿非均质体的特殊方向入射时,不发生双折射,这种特殊的方向称为光轴。中级晶族具有一个这样的特殊方向,称为一轴晶矿物;低级晶族具有两个这样的特殊方向,称为二轴晶矿物。三、光率体光率体是表示光波在晶体中传播时,折射率值随光波振动方向变化的一种立体几何图形或一种光性指示体。其作法是设想自晶体中心起,沿光波振动方向按比例截取相应的折射率值,再把各个线段的端点连接起来便构成了光率体。·均质体光率体:其传播速度不因振动方向不同而发生改变,即折射率值各方向相等。因此均质体光率体是一个球体,球体的半径代表该晶体的折射率。·一轴晶光率体:一轴晶光率体是一个以C轴为旋转轴的旋转椭球体。(1)有关术语解释:光学主轴(Ne轴、No轴);主折射率(Ne、No);折射率(Ne’);正光性(Ne>No);负光性(Ne<No);最大双折射率(∆)。(2)主要切面类型:1)垂直光轴切面:圆切面。半径为No,光波垂直该切面入射不发生双折射。2)平行光轴切面:椭圆切面。长短半径分别为Ne或No,光波垂直该切面入射发生双折射,双折射率等于Ne与No的差的绝对值,为一轴晶晶体的最大双折射率。3)斜交光轴切面:椭圆切面。长短半径分别为Ne’或No,双折射