1、晶體光學及光性礦物學復習提綱第一章 晶體光學基礎1 光具有波粒二象性。2 光是一種橫波，光的傳播方向與振動方向互相垂直。3 可見光：電磁波譜中波長范圍390770nm的一個區段。4 折射定律：Sin i（入射角）/ Sin a（折射角）= Vi（入射速度）/ Va（折射速度）= N i-a5 全反射臨界角和全反射:當光波從光密介質入射到光疏介質時，入射角i 總是小于折射角a ，當a = 90 °時，i = f，此時入射角 f 稱為全反射臨界角。當入射角 i > f 時，折射光波不再進入折射介質而全部返回到入射介質，這種能量的突變稱為全反射。6 自然光：在垂直光波傳播方向的斷面內

2、，光波作任意方向的振動，且振幅相等。7 偏振光：在垂直光波傳播方向的斷面內，光波只在某一固定方向上振動。自然光轉化為偏振光的過程稱偏振化。8 光性均質體：指光學性質各方向相同的晶體。包括等軸晶系的礦物和非晶質物質。光波在均質體中的傳播特點：光的傳播速度不因光的振動方向不同而發生改變（各向同性），由折射定律可知，均質體的折射率只有一個。9 光性非均質體：光性非均質體的光學性質因方向不同而改變（各向異性）。 包括中級晶族(一軸晶)和低級晶族(二軸晶)的礦物光波在非均質體中的傳播特點：光的傳播速度因光波在晶體中的振動方向不同而發生改變。因而非均質體的折射率也因光波在晶體中的振動方向不同而改變。10雙

3、折射：光波射入非均質體，除特殊方向外，將分解成振動方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩種偏光，這種現象稱為雙折射。11雙折射率：兩種偏光的折射率值之差稱為雙折射率。許多晶體光學現象與此有關。12光軸：光波沿非均質體的特殊方向入射時，不發生雙折射，這種特殊的方向稱為光軸。13中級晶族具有一個這樣的特殊方向，稱為一軸晶礦物；低級晶族具有兩個這樣的特殊方向，稱為二軸晶礦物。14光率體：是表示光波在晶體中傳播時，折射率值隨光波振動方向變化的一種立體幾何圖形或一種光性指示體。其作法是設想自晶體中心起，沿光波振動方向按比例截取相應的折射率值，再把各個線段的端點連接起來便構成了光率體。15均質體光率體

4、：其傳播速度不因振動方向不同而發生改變，即折射率值各方向相等。 均質體光率體是一個球體，球體的半徑代表該晶體的折射率。16一軸晶光率體（中級晶族晶體的光率體）：一軸晶光率體是一個以C軸為旋轉軸的旋轉橢球體。17一軸晶光率體形狀（以C軸為旋轉軸的旋轉橢球體）：主折射率（Ne、No），主折射率（Ne、No）18一軸晶光率體的光性正負：Ne>No 正光性光率體（石英，長行旋轉橢球體）Ne<No 負光性光率體（方解石，扁形旋轉橢球體）19一軸正晶有石英、鉆石、錫石等，一輪負晶有方解石、剛玉(紅、藍寶石)、電氣石(碧空)等。20一軸晶光率體三種切面：1）垂直光軸切面：圓切面。半徑為No，光波

5、垂直該切面入射不發生雙折射。2）平行光軸切面：橢圓切面。長短半徑分別為Ne或No，光波垂直該切面入射發生雙折射，雙折射率等于Ne與No的差的絕對值，為一軸晶晶體的最大雙折射率。3）斜交光軸切面：橢圓切面。長短半徑分別為Ne或No，雙折射率等于Ne與No的差的絕對值，介于零與最大值之間。21二軸晶光率體：二軸晶光率體是一個三軸不等的橢球體。22二軸晶光率體形狀(三軸不等橢球體）23二軸晶光率體要素：兩根光軸(OA): 光波沿著垂直于上述兩個圓切面的方向人射不發生雙折射，也不改變入射光波的振動特點和振動方向，所以這兩個圓切面的法線方向就是二軸晶光率體的兩個光軸 光軸面（AP）； 光軸角(2V)；

6、絕大多數二軸晶兩個光軸相交成一個銳角和一個鈍角。兩光軸相交的銳角稱為光軸角，以符號“2V”表示。 銳角等分線(Bxa)； 兩光軸所夾銳角的平分線稱為銳角等分線，以符號“Bxa”表示。銳角等分線必與主軸Ng或Np一致。 鈍角等分線(Bxo)； 兩光軸所夾鈍角的平分線稱為鈍角等分線,以符號“Bxo”表示。鈍角等分線必與主軸Ng或Np 24二軸晶光率體光性正負：根據NgNm與NmNp的相對大小確定二軸晶的光性符號的，表述為NgNmNmNp為正光性符號，NgNmNmNp為負光性符號.。25二軸晶光率體的五種主要切面：1）垂直一根光軸切面（OA）：圓切面。半徑為Nm，光波垂直該切面入射不發生雙折射。2）

7、平行光軸面切面（AP）：橢圓切面。長半徑為Ng，短半徑為Np，光波垂直該切面入 3）垂直Bxa切面：橢圓切面。對于正光性，長半徑為Nm，短半徑為Np，雙折射率等于Nm-Np；對于負光性，長半徑為Ng，短半徑為Nm，雙折射率等于Ng-Nm。4）垂直Bxo切面：橢圓切面。正光性和負光性的長短半徑的特點與垂直Bxa切面相反。5）斜交切面：橢圓切面。長短半徑分別為Ng和Np（Ng大小介于Ng與Nm之間；Np大小介于Nm與Np之間），雙折射率等于Ng- Np。26光性方位：指光率體在晶體中的位置，即光率體主軸（No、Ne軸或Ng、Nm、Np軸）與結晶軸（a、b、c軸）之間的相互關系。對低級晶族（二軸晶）

8、礦物具有重要的鑒定意義。第二章 偏光顯微鏡（透射）偏光顯微鏡是巖礦綜合鑒定的精密光學儀器，與一般生物顯微鏡的主要區別在于安裝有兩個偏光鏡。本章教學目的是結合實物使學生了解偏光顯微鏡的基本構成、必備附件、使用方法及養護規則。 1、 偏光顯微鏡的構成 機械系統主要部件 （1）鏡座與鏡臂：支撐顯微鏡及連接光源、物臺、鏡筒。（2）鏡筒：連接目鏡和物鏡的部件. （3）物鏡轉換器：用于安裝、選擇不同倍數的物鏡。 （4）載物臺：放置薄片用的可3600轉動的圓形平臺 （5）焦準設備(升降系統)：分粗調和微調，作用是調節焦距，使物象清晰。 （

9、6）聚光鏡架：連接聚光鏡、下偏光鏡、上鎖光圈等的部件。 （7）上、下鎖光圈：控制光的通過量。 光學系統主要部件 （1）光源：分為自然光源和人工光源，目前多數顯微鏡采用人工光源。 （2）下偏光鏡：在聚光鏡架底部，作用是把自然光轉變為偏光。其振動方向一般為東西向。 （3）聚光鏡：在聚光鏡架上部，作用是把偏光轉變為錐光，使顯微鏡處于偏光系統。 （4）物鏡：由多組透鏡組成，連接在物鏡轉換器上，是決定放大倍數及成像質量的重要部件。按放大倍數分為三類： 高倍鏡（40倍和100倍）中倍鏡（10倍和20倍）、低倍鏡（2.5´和4四

10、倍）。 （5）目鏡：由眼透鏡和場透鏡組成。目鏡中附有十字絲，倍數有10倍和8倍兩種。 （6）上偏光鏡：位于目鏡和物鏡間，振動方向與下偏光振動方向垂直，可自由推入或拉出。 （7）勃氏鏡：位于目鏡和上偏光鏡間，可自由的推入或拉出，與聚光鏡和高倍鏡配合使用。二、偏光顯微鏡的調節與校正 選擇并裝配物鏡和目鏡：按需要選擇物鏡和目鏡，在安裝目鏡時注意其內十字絲的方向。 ²調節照明：打開光源燈，調節變壓器旋扭，直到亮度適度為止。 焦準：將薄片置于物臺上，在教師指導下，用粗調或微調調焦至物象清晰。在此過程中，千萬注意，物鏡前透鏡不要與薄片接

11、觸，以免打碎薄片或損壞鏡頭。 物鏡中心的校正：物臺旋轉軸、物鏡中軸、鏡筒中軸、目鏡中軸必須保持在一條直線上，偏光顯微鏡才能正常使用，目前有關物鏡中心的校正將由指導教師來完成。 下偏光鏡的檢查：下偏光鏡的振動為東西向。當黑云母的解理平行下偏光鏡的振動方向時顏色最深，據此可以檢查、調節下偏光鏡的振動方向。 ²上偏光鏡的檢查：移去薄片，視域黑暗，說明上偏光振動方向與下偏光振動方向互相垂直。否則，需要進行調節，調節工作由指導教師來完成。第三章 單偏光鏡下的晶體光學性質1單偏光鏡下載物臺上放置礦片時視域的光學特點；（1）放置均質體礦片 當物臺上放置均質體礦(物)片

12、時，透出礦片的偏光振動方向仍然平行偏光振動方向，礦片顯示偏光透過礦片時的光學性質。由于均質體光性各向同性，旋轉物臺時光學性質不變。（2）放置非均質體礦片；非均質體垂直光軸切面的礦片（除礦物形態，旋轉載物臺礦物光學性質沒有變化）；非均質體斜交光軸切面的礦片（除礦物形態，旋轉載物臺礦物光學性質有變化）；2礦物形態 礦物的形態是幾何特征，不屬于光學性質。顯微鏡下觀察到的礦物形態與礦物本身的結晶習性與切片方向有關，確定一種礦物的整體外形，必須考慮不同的切片方向的形狀及綜合手標本上礦物的形態 。（切面形態，單體形態，集合體形態）。3解理：礦物受外力作用后沿一定結晶學方向裂成光滑平面的性質，是鑒定礦物的特

13、征之一。在顯微鏡下見到的不是解理面本身，而是解理面與薄片平面的交線，這些交線一般為明顯的黑線，稱為解理縫。4.解理的完善程度分為三級：（1）.極完全解理：解理縫細，密，長，貫穿整個晶體；如云母類的解理（2）.完全解理：解理縫之間間距較寬，不完全連續；如角閃石和輝石類的解理（3）.不完全解理：解理縫斷斷續續，有時僅見解理縫痕跡；如橄欖石5解理縫可見臨界角：解理面與切面有交線，理論上會見到解理紋，但由于光學原理，交角增大到某一極限值時，顯微鏡下就見不到它了，這個極限值就叫做解理紋可見臨界角。即當小于臨界角時才能見到解理縫。解理縫紋可見臨界角取決于N礦與N膠的差值，差值愈大，臨界角愈大；差值愈小，臨

14、界角愈小。6解理夾角的測定：解理夾角即兩個解理面的夾角。定解理夾角，必須選擇同時垂直兩組解理面的切面，在此切面上測量兩組解理紋的夾角。 測量解理夾角的操作步驟如下： (1)選擇同時垂直兩組解理面的切面，其特征是：兩組解理紋同時最細、最清晰，且兩組解理紋寬度、清晰度相同，升降鏡筒，兩組解理紋都不平行移動； (2)將選好的切面置于視域中心，并使其中的任意兩條解理紋的交點(最好靠礦物中心)與十字絲交點重合； (3)旋轉物臺，使一條解理紋與縱絲(或橫絲)一致，記錄物臺讀數量； (4)旋轉物臺，使另一條解理紋與縱絲(或橫絲)一致，記錄物臺讀數； (5)計算解理夾角以上讀數之差。7多色性和吸收性（公式）

15、均質體礦物，光性上表現為各向同性，對光波的選擇性吸收不隨方向的改變而改變。因此，旋轉物臺，均質體礦物的顏色色彩和濃度不會發生改變。 非均質體礦物，光性上表現為各向異性，對光波的選擇性吸收隨方向的不同而改變。在顯微鏡下旋轉物臺時，非均質體礦物的顏色色彩和濃度一般情況下都會發生改變。非均質體礦物顏色色彩發生改變、呈現多種色彩的現象稱為多色性，顏色深淺發生改變的現象稱為吸收性。非均質體礦物，若在偏光顯微鏡下能見到顏色，一般都能觀察到多色性和吸收性，只是多色性和吸收性的明顯程度不同而己。8礦物的邊緣和貝克線的概念 邊緣：巖石薄片中，在兩個折射率不同的物質接觸處，可以看到一條比較黑暗的邊緣，稱礦物的邊緣

16、。 貝克線：在邊緣的鄰近不可見 到 一條比較明亮的細線，成為貝克線9貝克線的移動規律：下降物臺(或提升鏡筒)，貝克線相對邊緣向折射率大的介質一方移動；提升物臺(或下降鏡筒)，貝克線相對向折射率小的一方移動；即“下降物臺，貝克線向折射率大的介質一方移動”。10假貝克線：若礦物折射率比樹膠折射率大得多時，觀察礦物的貝克線，發現提升鏡筒貝克線不是移向礦物一方，而是移向樹膠一方；有時又發現有兩條亮帶，提升鏡筒，一條向礦物一方移動，另一條向樹膠一方移動。這些移動規律異常的“貝克線”，稱為“假貝克線”。 產生假貝克線的原因：主要與兩介質折射率差值太大和接觸面不規整有關。 排除產生假貝克線方法：放棄對這一部

17、位的觀察，而改選其他合適的部位進行觀察，或改用中心明暗法和斜照法比較折射率相對大小。中心明暗法：下降物臺，礦物中心變亮，范圍變小、變清晰，則礦物折射率大于樹膠折射率；下降物臺，礦物中心變暗，范圍變小、變模糊，則礦物折射率小于樹膠折射率。11礦物糙面：即偏光顯微鏡下所見礦物的粗糙表面，是光線通過礦片后產生的一種光學效應，是人對礦片表面粗糙程度的一種視覺，并不代表礦片真實的物理粗糙程度。12礦物糙面的成因：磨制的礦片表面，一般總不同程度地有顯微凹凸不平。當覆蓋其上的樹膠折射率與礦物折射率存在差異時，該表面即是一個光學界面，光線通過該界面時要發生折射，使光線發生聚卒呻分散。光線聚斂的區域變亮，光線分

18、散的區域變暗，礦片表面明暗不均，給人一種粗糙的感覺13突起：礦物表面“高出”薄片平面，類似于“正地形”的現象。突起就是礦物這種“高低不平”的現象的。突起也是光線通過礦片后產生的一種光學效應，是人對礦物邊緣和糙面的一種綜合視覺，并不代表礦物表面的實際高低。 因為邊緣和糙面的顯著程度取決于N礦和N膠的差值，所以實際上突起的高低主要取決于N礦與N膠的差值，差值愈大，突起愈高；差值愈小，突起愈低。14突起正負及等級的劃分（突起正負是以加拿大樹膠的折射率為標準） 根據N礦、N膠的相對大小，突起分為正突起和負突起：N礦N膠，為正突起；N礦N膠，為負突起。即負突起礦物，折射率小于154；正突起礦物，折射率大

19、于154。 “正、負”是指礦物折射率是“大于”還是“小于”樹膠的折射率，并不是指突起是向上還是向下。 突起分為6個等級。15閃突起：在單偏光鏡下，轉動載物臺，非均質體礦物的邊緣、糙面及突起高低發生明顯改變的現象稱為閃突起。第四章 正交偏光鏡間的晶體光學性質1消光現象：礦片在正交偏光鏡間呈現黑暗的現象。2全消光(永久消光)：旋轉物臺一周，均質體或非均質體垂直光軸切片的消光現象（黑暗）不改變。 *所有均質體任意方向的切片、非均質體垂直光軸的切片3四次消光：旋轉物臺一周，非均質體晶體非垂直光軸切片的光率體橢圓半徑有四次與下偏光鏡平行的機會，故出現四次黑暗（消光）現象。 *非均質體除垂直光軸外其它方向

20、的切片，當橢圓切面的長短半徑平行上、下偏光鏡振動方向時消光，當橢圓切面的長短半徑斜交上、下偏光鏡振動方向時明亮 4消光位：非均質體非垂直光軸切片在正交偏光鏡間處于消光現象時的位置記為消光位。 *非均質體除垂直光軸外其它方向的切片，處于消光位時一定是橢圓切面的長短半徑與上下偏光鏡的振動方向平行。 礦片不消光時，發生干涉現象。5光程與光程差 光程差 R = d·N：d為礦片厚度；為礦物的雙折射率：N1N2。6干涉現象及干涉色（1）干涉現象：非均質體晶體非垂直光軸的礦片，其光率體橢圓半徑與上、下偏光鏡振動方向斜交（即礦片不在消光）時，透過晶體分解的兩束光波，頻率相等，具有固定的光程差且在同

21、一平面內振動（上偏光鏡振動面），因此必然發生干涉現象。（2）干涉色及其成因：如果光源為單色光，隨著光程差的逐漸增大，將依次出現明亮相間的干涉條帶。改變光程差的方法是利用石英楔。 如果光源為白光,干涉結果就是一系列復雜彩色條帶的組合，即干涉色。7干涉色級序 用白光做光源，在正交偏光鏡間450緩慢推入石英楔，隨著石英楔的慢慢推入，光程差連續地增大，視域內出現的干涉色由低到高有規律的變化，這種規律性變化叫做干涉色色序。 通常可以劃分為四-五個級序（干涉色色譜表） 0550nm;550-1100nm;1100-1650nm;1650nm- 。當光程差非常大時，將出現一種與珍珠表面類似的亮白色，稱高級白

22、干涉色。 8消色：若RIR2，則當光率體橢圓異名半徑平行時，總光程差為0，礦片黑暗，這種現象稱為消色。 9消光和消色的區別：消色和消光雖然都是表現為黑暗，但它們的成因不同。消光是由于礦片光率體橢圓半徑與PP一致，沒有光透出上偏光鏡而使礦片呈現黑暗；而消色是由于兩礦片產生的干涉色正好抵消而使礦片呈現黑暗。消光說明礦片光率體橢圓半徑與PP、AA一致；消色說明兩礦片光程差相等，而且它們的光率體橢圓異名半徑平行。 10消光角的測定（1）選定待測的切面（單斜晶系一般選擇平行（010）方向的切面，三斜晶系選擇垂直（010）切面或同時垂直（010）與（001）切面）；（2）將待測礦片移至視域中心，轉動物臺，

23、使礦片上的解理縫或雙晶縫或晶面跡線平行目鏡十字絲，并記下載物臺上的讀數a；（3）順時針轉動物臺至消光位，記下臺物讀數b；（4）測定消光位時十字絲縱絲的光率體橢圓切面的半徑名稱（利用前面所學的知識）（5）計算a、b間的夾角，并記錄消光角。11晶體延性符號的測定，其測定方法如下：（1）將欲測礦片置視域中心，使礦片的延長方向平行目鏡十字絲縱絲，此時礦片消光(因系平行消光)，礦片上光率體橢圓半徑與目鏡十字絲平行。（2）轉動物臺450 ，使礦片延長方向與目鏡十字絲成450 夾角，此時礦片干涉色最亮。（3）加入試板，觀察干涉色的變化，當干涉色級序降低(圖69B)，試板與礦片的光率體橢圓切面的異名半徑平行，

24、證明正延性；當干涉色級序升高，試板與礦片的光串體橢圓切面的同名半徑平行，證明負延性。第五章 錐光鏡下的晶體光學性質1錐光鏡的裝置 在正交偏光鏡基礎上，于下偏光鏡之上，載物臺之下，加上一個聚光鏡，換用高倍物鏡(45×或63)，加入勃氏鏡或去掉目鏡，便完成了錐光鏡的裝置。2干涉圖的概念：如在錐偏光鏡下就能同時觀察到不同方向切面的消光和干涉現象。這些方向不同，且方向連續過渡變化的所有切面的消光和干涉現象形成的整體圖形就稱為干涉圖。換用高倍物鏡就是為了接納較大范圍的錐形光波，以觀察到范圍較大、圖形較完整的干涉圖。3一軸晶干涉圖及光性正負的測定（1）、垂直光軸切面的干涉圖 （a）、圖像特點（黑

25、十字和同心干涉色色圈，且黑十字的黑臂平行上下偏光鏡的振動方向，交點位于AA、PP的交點，該點為光軸出露點）。載物臺旋轉一周，圖像不變。（b）成因：波向圖即是以不同方向入射晶體的光波所分解的兩束偏光的振動方向在水平面上的投影圖。一軸晶垂直0A切面波向圖由同心圓和放射線組成，同心圓線與放射線的交點為錐形光束在礦片的出露點，放射線方向為Ne光振動方向，同心圓線的切線方向為No光振動方向，圓心為0A出露點。（2）垂直光軸切面干涉圖的應用: (a)確定軸性和切面方向 根據干涉圖的圖像特點，可確定為一軸晶垂直光軸切面。一軸晶其它方向切面及二軸晶礦物不具這種特征的干涉圖。 (b)測定光性符號 (c).確定切

26、面方向(3) 斜交光軸切面的干涉圖圖像特點:在斜交光軸的切片中，光軸在礦片中的位置是傾斜的。軸在礦片平面上的出露點，即黑十字交點不在視域中心。所以斜交光軸切面的干涉圖是由不完整的黑十字和不完整的干涉色圈組成。 (4) 斜交光軸切面干涉圖的應用(a) 當光軸傾角不很大時，可以確定軸性及切面方向。(b) 測定光性符號。 (c) 測定光軸角大小。4二軸晶干涉圖及光性正負的測定（1）垂直銳角等分線（Bxa）切面的干涉圖（a）圖像特點:0度位時，干涉圖由黑十字和“”形干涉色圈組成。黑十字交點與十字絲交點重合，并代表Bxa出露點。黑十字兩個黑帶一粗一細。當光軸角較小(2V45度)時，在10×40

27、倍的偏光鏡下，兩個0A出露點位于視域內，并位于較細的黑帶上，且OA出露點處更細。當礦物最大雙折射率較大時，干涉色分別以兩個OA出露點為中心呈圈層狀分布。由于干涉色圈向外較密，向內較疏，色圈呈橢圓狀，外層干涉色圈相連呈“ ”字形，“ ”字形的走向與細黑帶走向平行。旋轉物臺，黑十字從中心開始分裂成兩個彎曲的黑帶。“ ”字形色圈隨之旋轉。45度位時，兩個黑帶呈對稱的雙曲線，相距最遠，兩條黑帶的頂點即為兩OA的出露點，黑帶凸向Bxa出露點(十字絲交點)。90度位時干涉圖與0度位干涉圖相似135度位干涉圖與45度位相似，180度位干涉圖與0度位相似.（2）垂直銳角等分線（Bxa）切面的干涉圖應用（a）確定軸性和切面方向 干涉圖的特殊性。(b)測定光性正負 加入試板，根據視域中部干涉色出現升降，判斷Nm是光率體橢圓的長半徑還是短半徑，隨之礦物光性符號即可確定。如果Nm是光率體橢圓的長半徑，垂直切面的主軸為Ng，礦物光性符號為正。如果Nm是光率體橢圓的短半徑，則垂直Nm方向為長半徑Ng，礦物光性符號為負。(3)垂直一個光軸切面的干涉圖應用(a)確定軸性和切面方向(b)測定光性正負(c)測定2V角的大小第六章