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体光学基础第1页，此课件共44页哦1 1、为什么黑云母在手标本上呈现黑色，、为什么黑云母在手标本上呈现黑色，而在偏光显微镜下呈现黄褐色。而在偏光显微镜下呈现黄褐色。2 2、为什么斜长石在手标本上形态近似、为什么斜长石在手标本上形态近似粒状，但在偏光显微镜下呈现长条状。粒状，但在偏光显微镜下呈现长条状。3 3、为什么一种颜色的电气石在显微镜、为什么一种颜色的电气石在显微镜下会呈现截然不同的颜色下会呈现截然不同的颜色第2页，此课件共44页哦晶体光学的参考书晶体光学的参考书1.李德惠，1993，晶体光学（第二版），北京，地质出版社2.北京大学岩矿教研室，1988，光性矿物学，北京，地质出版社3.陈芸青，1987，晶体光学原理，北京大学，地质出版社4.康维国，1993，晶体光学，长春，东北师范大学出版社5.曾广策，1997，透明造岩矿物与宝石晶体光学，武汉，中国地质大学出版社6.汪相，2003，晶体光学，南京，南京大学出版社7.林培英，2005，晶体光学与造岩矿物，北京，地质出版社8.Nesse W.D.Introduction to Optical Mineralogy,Oxford Univ.Press,2004第3页，此课件共44页哦序序 言言一一.什么是晶体光学？什么是晶体光学？简单地讲，是研究晶体的光学性质的一门科学它是研究可见光通过透明矿物晶体所产生的折射、双折射、偏光、干涉、吸收、色散等一系列光学现象的基础学科。二二.为什么学习晶体光学？为什么学习晶体光学？.不同的矿物晶体，其光学性质不同，因此应用晶体光学的不同的矿物晶体，其光学性质不同，因此应用晶体光学的原理与方法是研究和鉴别透明矿物和岩石的基础和重要方法原理与方法是研究和鉴别透明矿物和岩石的基础和重要方法.透明矿物包括三种：、透明造岩矿物、玉石矿物、宝石透明矿物包括三种：、透明造岩矿物、玉石矿物、宝石矿物矿物绝大多数造岩矿物、宝玉石矿物在薄片中是透明的，晶体光学是绝大多数造岩矿物、宝玉石矿物在薄片中是透明的，晶体光学是研究和鉴定宝玉石技术的基础。研究和鉴定宝玉石技术的基础。.晶体光学和造岩矿物学是岩石学、矿物学、宝玉石学和材料科学晶体光学和造岩矿物学是岩石学、矿物学、宝玉石学和材料科学等学科研究的专业基础课程之一。等学科研究的专业基础课程之一。第4页，此课件共44页哦透明矿物透明矿物不透明矿物不透明矿物四、晶体光学应用的理论、设备、对象四、晶体光学应用的理论、设备、对象晶体光学的基础理论是光率体晶体光学的基础理论是光率体晶体光学研究中主要是应用偏光晶体光学研究中主要是应用偏光（医学用自然光）（医学用自然光）晶体光学研究使用的仪器是偏光显微晶体光学研究使用的仪器是偏光显微镜镜晶体光学研究对象是矿物和岩石晶体光学研究对象是矿物和岩石三、如何学习晶体光学？三、如何学习晶体光学？课前预习，课上专心听讲，课后及时课前预习，课上专心听讲，课后及时复习，多用图表，模型，多媒体复习，多用图表，模型，多媒体,联系实际，加深理解联系实际，加深理解序序 言言第5页，此课件共44页哦第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础 第一节第一节 光的性质光的性质第二节第二节 自然光和偏光自然光和偏光第三节第三节 几何光学的三大定律几何光学的三大定律第四节第四节 光波在均质体与非均质体光波在均质体与非均质体中的传播特征中的传播特征第6页，此课件共44页哦第一节第一节 光的性质光的性质l l光和无线电波一样都是电磁波，光和无线电波一样都是电磁波，l l电磁波是电磁振动（变化的电磁场）在空间的传电磁波是电磁振动（变化的电磁场）在空间的传播播l l它在真空的传播速度均为它在真空的传播速度均为3 3 1010 m/s(m/s(每秒每秒3030万千米万千米)l l电磁波的振动方向与传播方向互相垂直，即电磁电磁波的振动方向与传播方向互相垂直，即电磁波是横波，故光波亦是横波波是横波，故光波亦是横波一、光是电磁波第7页，此课件共44页哦二二.电磁波波谱电磁波波谱第8页，此课件共44页哦可见光是电磁波谱中很窄的一段，它是正常人的眼睛能见可见光是电磁波谱中很窄的一段，它是正常人的眼睛能见到的一段电磁波它的波长范围大致为到的一段电磁波它的波长范围大致为390390770nm770nm 单色光是特定波长的光单色光是特定波长的光波波长长增增大大颜色颜色 波长范围波长范围代表波长（标准色）代表波长（标准色）紫紫390-430390-430410410靛靛430-460430-460445445蓝蓝460-500460-500480480绿绿500-570500-570550550黄黄570-590570-590580580橙橙590-650590-650620620红红650-770650-770700700第9页，此课件共44页哦 波长单位通常用纳米波长单位通常用纳米(nm)(nm)或埃或埃()()表示，一纳表示，一纳米是一米的十亿分之一米是一米的十亿分之一,是一根头发直径的是一根头发直径的大约八万分之一，常用长度单位的换算关系大约八万分之一，常用长度单位的换算关系为：为：1 nm(1 nm(纳米纳米)=1 m()=1 m(毫微米毫微米)=10 =10-3-3 m(m(微米微米)=10 =10-6-6 m m(m m(毫米毫米)=10 =10-7-7 c m(c m(厘米厘米)=10 (=10 (埃埃)三、波长的换算三、波长的换算第10页，此课件共44页哦四四.光波的描述光波的描述光速、波长、周期、频率、位相光速、波长、周期、频率、位相位相：是指两束波长、振幅、传播位相：是指两束波长、振幅、传播方向相同的相干波到达空间某点时，方向相同的相干波到达空间某点时，两光波的位相之差。两光波的位相之差。第11页，此课件共44页哦第二节 自然光和偏光 一一.自然光自然光二二.偏光偏光第12页，此课件共44页哦截面为圆，半径为振幅截面为圆，半径为振幅指直接由太阳或实际光源发出的、在垂指直接由太阳或实际光源发出的、在垂直于光波传播方向的平面内作任意方向直于光波传播方向的平面内作任意方向等振幅振动的等振幅振动的光。光。一、自然光一、自然光第13页，此课件共44页哦二二.偏光偏光1 1、偏光、偏光 自然光经过反射、折射、双折射或选择性吸收等自然光经过反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可以转变为作用后，可以转变为只在一个方向上振动只在一个方向上振动的光的光波，称为偏振光或偏光。波，称为偏振光或偏光。2 2、振动面、振动面 偏光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动偏光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动面。面。第14页，此课件共44页哦 自然光转变为偏光的作用称之为偏光化作自然光转变为偏光的作用称之为偏光化作用用3 3、偏光化作用、偏光化作用第15页，此课件共44页哦三三.获取获取 偏光的方法偏光的方法1 1、尼科尔棱镜法、尼科尔棱镜法 2 2、偏振片法、偏振片法（自学）自学）第16页，此课件共44页哦一、光的直线传播一、光的直线传播 二、光的反射及反射定律二、光的反射及反射定律三、三、光的折射及折射定律光的折射及折射定律四、四、临界角临界角五、折射率与临界角的关系五、折射率与临界角的关系第三节第三节 几何光学的三大定律几何光学的三大定律第17页，此课件共44页哦一、光的直线传播一、光的直线传播 1、定义、定义光在同一介质中是呈直线传播的，称为光在同一介质中是呈直线传播的，称为光的直线传播定律光的直线传播定律(如阳光照进房里、夜如阳光照进房里、夜间手电筒的亮光传播间手电筒的亮光传播)。2 2、光疏介质与光密介质、光疏介质与光密介质光在其中传播速度比较快的介质称为光光在其中传播速度比较快的介质称为光疏介质，光在其中传播速度比较慢的介疏介质，光在其中传播速度比较慢的介质称为光密介质。质称为光密介质。第18页，此课件共44页哦第三节 几何光学的三大定律一、光的直线传播一、光的直线传播 二、光的反射及反射定律二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律三、光的折射及折射定律四、临界角四、临界角五、折射率与临界角的关系五、折射率与临界角的关系第19页，此课件共44页哦二、光的反射及反射定律二、光的反射及反射定律 反射反射(Reflection)(Reflection)：光从一：光从一种介质射入另一种介质时，种介质射入另一种介质时，在光滑界面上，如果部分光在光滑界面上，如果部分光仍回到原来的介质中，这种仍回到原来的介质中，这种现象称为光的反射。现象称为光的反射。反射定律反射定律1.反射光线位于入射光线与界面反射光线位于入射光线与界面的法线所决定的平面内的法线所决定的平面内;2.入射线和反射线分别位于法入射线和反射线分别位于法线的两侧；线的两侧；3.反射角与入射角相等。反射角与入射角相等。第20页，此课件共44页哦一、光的直线传播一、光的直线传播 二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律四、临界角五、折射率与临界角的关系第三节第三节 几何光学的三大定律几何光学的三大定律第21页，此课件共44页哦三、光的折射及折射定律1、定义：光线从一种、定义：光线从一种介质进入另一种介介质进入另一种介质，在界面处传播质，在界面处传播方向便会发生改变，方向便会发生改变，即入射光线和即入射光线和进入进入另一种介质的光线另一种介质的光线不在一直线上，这不在一直线上，这种现象称为光的折种现象称为光的折射射(Refraction).法线法线 入射角入射角 i折射角折射角 r第22页，此课件共44页哦1)1)折射线处于入射线折射线处于入射线与法线构成的平面内；与法线构成的平面内；2)2)入射线与折射线分别入射线与折射线分别位于法线两侧位于法线两侧,若光若光线线由由光疏到光密光疏到光密,ir,ir,反反之光密到光疏之光密到光疏,ir.i ,全反射全反射第27页，此课件共44页哦第三节第三节 几何光学的三大定律几何光学的三大定律一、光的直线传播一、光的直线传播 二、光的反射及反射定律二、光的反射及反射定律三、光的折射及折射定律三、光的折射及折射定律四、临界角四、临界角五、折射率与临界角的关系第28页，此课件共44页哦五、折射率与临界角的关系五、折射率与临界角的关系NBsini=NAsinr若i=,r=90NBsin=NAsin90=NA所以：sinNANB若A为空气，NA=1.00029sin1NB(临界角与折射率成反比)则任何一个已经N的物质,均可以求出,N=Nr/Ni=sini/sinr=Vi/Vr第29页，此课件共44页哦n n折射率对宝石来说是一个常数折射率对宝石来说是一个常数,因此临界角也因此临界角也是一个常数是一个常数,是无法改变的是无法改变的,唯一能改变的唯一能改变的是光线从宝石内进入空气前的入射角是光线从宝石内进入空气前的入射角.若若琢型设计能尽可能使光线的入射角大于临界角琢型设计能尽可能使光线的入射角大于临界角,则光线就只在宝石内发生全反射则光线就只在宝石内发生全反射,好的琢型好的琢型可以使大部分的光线经过全反射从宝石冠部可以使大部分的光线经过全反射从宝石冠部射出射出,从而增强宝石的亮度从而增强宝石的亮度.钻石的折射率钻石的折射率大，临界角小，全反射范围宽，反射量大，大，临界角小，全反射范围宽，反射量大，打磨后呈极强金刚光泽打磨后呈极强金刚光泽例如：宝石加工，例如：宝石加工，例如：宝石加工，例如：宝石加工，金刚石金刚石金刚石金刚石 sin sin /2.42/2.42.41.41 2424242420202020水晶水晶水晶水晶 sin sin /1.55/1.55.65.65 4040404050505050入射光折射光法线临界角全内反射光Diamond第30页，此课件共44页哦六、光的色散（Dispersion of Sunlight）自学第31页，此课件共44页哦第四节第四节 光在均质体与非均质体光在均质体与非均质体中的传播中的传播一、双折射一、双折射二、双折射率二、双折射率 三、光性均质体三、光性均质体四、光性非均质体四、光性非均质体第32页，此课件共44页哦一条入射光线，射入晶体后，分解成振动方向互相垂直的一条入射光线，射入晶体后，分解成振动方向互相垂直的两支偏光的现象两支偏光的现象，称为称为双折射双折射双折射现象可通过冰洲石来做实验，如果将冰洲双折射现象可通过冰洲石来做实验，如果将冰洲双折射现象可通过冰洲石来做实验，如果将冰洲双折射现象可通过冰洲石来做实验，如果将冰洲石的一个解理面盖在有一个黑点的纸上，透过石的一个解理面盖在有一个黑点的纸上，透过石的一个解理面盖在有一个黑点的纸上，透过石的一个解理面盖在有一个黑点的纸上，透过冰洲石则出现两个黑点，再在纸面上转动冰洲冰洲石则出现两个黑点，再在纸面上转动冰洲冰洲石则出现两个黑点，再在纸面上转动冰洲冰洲石则出现两个黑点，再在纸面上转动冰洲石时，发现其中一个黑点石时，发现其中一个黑点石时，发现其中一个黑点石时，发现其中一个黑点o o始终不动，而另一个始终不动，而另一个始终不动，而另一个始终不动，而另一个黑点黑点黑点黑点e e则围绕这个不动的黑点则围绕这个不动的黑点则围绕这个不动的黑点则围绕这个不动的黑点o o作圆周运动。若将平作圆周运动。若将平作圆周运动。若将平作圆周运动。若将平躺的冰洲石慢慢以菱形的短轴躺的冰洲石慢慢以菱形的短轴躺的冰洲石慢慢以菱形的短轴躺的冰洲石慢慢以菱形的短轴(C(C轴轴轴轴)直立，则黑点直立，则黑点直立，则黑点直立，则黑点e e向向向向黑点黑点黑点黑点o o靠拢，甚至两点互相重合起来，说明光波沿靠拢，甚至两点互相重合起来，说明光波沿靠拢，甚至两点互相重合起来，说明光波沿靠拢，甚至两点互相重合起来，说明光波沿C C轴入射不发生双折射，这个特殊方向称为光轴。轴入射不发生双折射，这个特殊方向称为光轴。轴入射不发生双折射，这个特殊方向称为光轴。轴入射不发生双折射，这个特殊方向称为光轴。一、双折射第33页，此课件共44页哦二、双折射率二、双折射率 （重折率、重屈折率）（重折率、重屈折率）（重折率、重屈折率）（重折率、重屈折率）自然界物质的光学性质不同,据介质有无双折射,将其分为光性均质体光性均质体和光性非均质体两大类.双折射后形成的两支偏光折射率的差值称为双折射率,简称双折率,可用符号N或表示.第34页，此课件共44页哦三、光性均质体(各向同性介质)定义：定义：光沿任何方向入射，都不发生双折射的光沿任何方向入射，都不发生双折射的 物质，叫做光性均质体物质，叫做光性均质体,简称均质体简称均质体.光波在均质体中传播有以下特征光波在均质体中传播有以下特征.1、只有一个折射率、只有一个折射率第35页，此课件共44页哦2.2.不改变入射光的振动特点不改变入射光的振动特点自然光自然光自然光自然光仍为自然光仍为自然光仍为自然光仍为自然光偏偏偏偏 光光光光仍为偏仍为偏仍为偏仍为偏 光光光光 3.3.代表性晶系及矿物代表性晶系及矿物均质体的矿物包括等轴晶系的矿均质体的矿物包括等轴晶系的矿物和非晶质体物和非晶质体等轴晶系的矿物如钻石、尖晶石、等轴晶系的矿物如钻石、尖晶石、石榴子石、萤石等；石榴子石、萤石等；非晶质体如蛋白石、玻璃。非晶质体如蛋白石、玻璃。非晶质体如蛋白石、玻璃。非晶质体如蛋白石、玻璃。自然光自然光偏光偏光第36页，此课件共44页哦第37页，此课件共44页哦四、光性非均质体(各向异性介质)1 1、定义、定义2 2、光波在非均质体中传播有以下几个特征、光波在非均质体中传播有以下几个特征.一切具有双折射特征的介质称为光性非均质体简称非均质一切具有双折射特征的介质称为光性非均质体简称非均质一切具有双折射特征的介质称为光性非均质体简称非均质一切具有双折射特征的介质称为光性非均质体简称非均质体（体（体（体（optical anisostropic substance)optical anisostropic substance)optical anisostropic substance)optical anisostropic substance)（1）.不只一个主折射率不只一个主折射率如石英有两个主折射率如石英有两个主折射率NeNe1.553 1.553 o=1.544;o=1.544;橄榄石有三个主折射率橄榄石有三个主折射率g g1.692 1.692 m m1.6741.674p p1.6531.653（2）.改变入射光性质改变入射光性质(偏光化和双折射现象偏光化和双折射现象)第38页，此课件共44页哦（3）.一个或两个特殊方向一个或两个特殊方向一个或两个特殊方向一个或两个特殊方向光轴光轴光轴光轴 光波沿非均质体的特殊方向入射时不发生双折射，也不改变入射光光波沿非均质体的特殊方向入射时不发生双折射，也不改变入射光的振动方向，这种特殊的方向称为光轴。的振动方向，这种特殊的方向称为光轴。中级晶族晶体只有一个光轴中级晶族晶体只有一个光轴,称为一轴晶称为一轴晶.低级晶族晶体有两个光轴方向低级晶族晶体有两个光轴方向,称为二轴晶称为二轴晶.切忌：说出晶体三轴晶的错误概念切忌：说出晶体三轴晶的错误概念中级晶族的矿物有三方晶系的冰州石中级晶族的矿物有三方晶系的冰州石中级晶族的矿物有三方晶系的冰州石中级晶族的矿物有三方晶系的冰州石,水晶水晶水晶水晶,刚玉，电气石等刚玉，电气石等刚玉，电气石等刚玉，电气石等;四方晶系的锆石四方晶系的锆石四方晶系的锆石四方晶系的锆石,金红石金红石金红石金红石,方柱石等方柱石等方柱石等方柱石等;六方晶系的磷灰石六方晶系的磷灰石六方晶系的磷灰石六方晶系的磷灰石,绿柱石绿柱石绿柱石绿柱石.低级晶族的矿物有斜方晶系的橄榄石低级晶族的矿物有斜方晶系的橄榄石低级晶族的矿物有斜方晶系的橄榄石低级晶族的矿物有斜方晶系的橄榄石,金绿宝石金绿宝石金绿宝石金绿宝石,堇青石等堇青石等堇青石等堇青石等 单斜晶系的普通辉石单斜晶系的普通辉石单斜晶系的普通辉石单斜晶系的普通辉石,透闪石透闪石透闪石透闪石,蛇纹石等蛇纹石等蛇纹石等蛇纹石等 三斜晶系的斜长石三斜晶系的斜长石三斜晶系的斜长石三斜晶系的斜长石,蔷薇辉石蔷薇辉石蔷薇辉石蔷薇辉石,硅灰石等硅灰石等硅灰石等硅灰石等（4）.代表性晶系及矿物代表性晶系及矿物第39页，此课件共44页哦石英晶体（石英晶体（SiO2）第40页，此课件共44页哦第41页，此课件共44页哦3 3 3 3、非均质体矿物双折射后两支偏光的性质及折光率变化非均质体矿物双折射后两支偏光的性质及折光率变化以方解石为例，讨论光波射入一轴晶后，光波的性质及折光率变以方解石为例，讨论光波射入一轴晶后，光波的性质及折光率变化化方解石呈菱面体形态，属三方晶系，方解石呈菱面体形态，属三方晶系，Z Z轴方向为光轴方向轴方向为光轴方向当光沿当光沿Z Z轴射入晶体，不产生双折射，光的振动性质不变。轴射入晶体，不产生双折射，光的振动性质不变。当沿其它任意方向射入晶体时，产生双折射，双折射后的两支当沿其它任意方向射入晶体时，产生双折射，双折射后的两支光均为偏光。光均为偏光。其中一支偏光的振动方向永远垂直光轴（其中一支偏光的振动方向永远垂直光轴（Z Z）轴，其传播速度）轴，其传播速度及相应的折光率值不变，称为常光，以及相应的折光率值不变，称为常光，以o o表示，其相应方表示，其相应方向的折光率以向的折光率以NoNo表示，为一常数。表示，为一常数。另一支偏光的振动方向平行光波的传播方向与光轴所构另一支偏光的振动方向平行光波的传播方向与光轴所构成的平面，其折光率随振动方向而异，称为成的平面，其折光率随振动方向而异，称为非常光，非常光，非常光，非常光，以以以以e e e e表示表示表示表示,其相应方向的折光率以其相应方向的折光率以NeNe表示表示.No=1.658,Ne=1.486 No=1.658,Ne=1.486 N NNoNoNeNe1.6581.6581.4861.4860.1720.172第42页，此课件共44页哦 小小 结结光性均质体光性均质体高级晶族等轴晶系晶体高级晶族等轴晶系晶体如萤石，石榴子石如萤石，石榴子石非晶质体非晶质体 如玻璃如玻璃,树胶树胶第43页，此课件共44页哦 中级晶族中级晶族（一轴晶）（一轴晶）光光性性非非均均体体 低级晶族低级晶族（二轴晶）（二轴晶）四方晶系锆石，金红石四方晶系锆石，金红石三方晶系冰洲石，水晶三方晶系冰洲石，水晶六方晶系绿柱石，磷灰石六方晶系绿柱石，磷灰石斜方晶系橄榄石斜方晶系橄榄石,紫苏辉石紫苏辉石单斜晶系普通角闪石单斜晶系普通角闪石,黑云母黑云母三斜晶系斜长石三斜晶系斜长石,硅灰石硅灰石小小 结结第44页，此课件共44页哦