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1、,第13章 正交偏光镜下的晶体光学性质,一、正交偏光镜的特点 二、正交偏光镜间矿片的消光现象及消光位 三、正交偏光镜间矿片的干涉现象和干涉色 四、消光角、延性符号、双晶的观察,一、正交偏光镜的特点,所谓正交偏光显微镜，是指光学显微镜含有两个互相垂直的偏光片，用PP代表下偏光镜的振动方向，AA代表上偏光镜的振动方向。由于自然光通过下偏光镜后，就成为振动方向平行PP(下偏光镜的振动方向)的偏光，至上偏光镜时，因与上偏光镜的振动方向AA互相垂直，自然光完全不能透过，因此整个视域呈现黑暗。,3,二、正交镜间矿片的消光现象及消光位,消光现象：指矿片在正交偏光镜间变黑暗的现象。,1、全消光在载物台上放置均
2、质体或非均质体垂直光轴的矿片，不发生双折射，转动物台360，矿片的消光现象不改变，故称全消光。,4,2、四次消光,若在物台上放置非均质体除垂直光轴以外的其他方向矿片，这类矿片光率体切面为椭圆切面。当椭圆半径分别平行AA、PP时，则出现矿片消光，转动360，有四次消光。,5,3、消光位,非均质体除垂直光轴以外的其他方向切面，在正交偏光镜间处于消光时的位置，称消光位。 当矿片处在消光位时，其光率体椭圆半径必定与AA、PP平行。由于上、下偏光镜振动方向是已知的，常以目镜十字丝方向代表，所以可确定此类晶体切片上光率体椭圆半径的方向。,6,色散影响,某些单斜或三斜晶系矿物，光率体色散较强，矿片上紫光光率
3、体椭圆半径与红光的方位不同，所以紫光与红光的消光位不一致。 此类矿片在正交镜间，用白光照射时，转动载物台时，不出现全黑位置。 当紫光光率体椭圆半径与上、下偏光振动方向平行时，矿片上紫光消光而呈现暗褐红色； 当红光光率体椭圆半径与上、下偏光振动方向平行时，矿片上红光消光时而呈现暗蓝紫色。,7,三、矿片的干涉现象,下偏光透过矿片时，分解成K1、K2 两种偏光，Nk1Nk2，所以Vk1Vk2 ，K1、K2在通过矿片时必然产生光程差 R。当K1、K2透过矿片后，二者在空气中速度相等，所以在它们到达上偏光镜之前，R 保持不变。当K1、K2到达上偏光镜后，再次发生双折射。K1 分解为 K1 和 K1K2
4、分解为 K2 和 K2 其中K1和K2振动方向与 AA 垂直，不能透出上偏光镜，可以不考虑。而K1和K2平行AA，可以透出上偏光镜。,1、当非均质体除垂直光轴以外的其他方向切面上光率体椭圆半径与AA、PP斜交时，矿片不消光，将发生干涉作用。,8,9,K1、K2两种偏光特点如下： 由同一束偏光经两次分解而成，其频率相同； 有固定光程差R (由K1、K2继承的光程差)； 在同一平面内振动(平行AA)。K1、K2两种偏光具备了光波发生干涉作用的条件，必定发生干涉作用。,10,干涉作用结果取决于光程差 R 如果光源为单色光，则：当R=2n/2时，K1、K2振动方向相反，振幅相等，二者抵消变暗；当R=(
5、2n+1) /2时，K1、K2 振动方向相同，二者叠加，亮度增加一倍(最亮)； 当R介于2n/2 和 (2n+1)/2之间时，干涉结果是亮度介于黑暗和最亮之间。,11,12,13,2、影响干涉的因素,(1) 干涉结果主要取决于光程差。K1、K2通过矿片的光程分别为：R1=dNK1 ， R2=dNK2 （d为矿片的厚度）光程差R=dNK1dNK2=d（NK1NK2）= dN因此，R与矿片厚度和双折率均呈正比关系。而双折率大小又与矿物性质和切面方向有关，所以，影响光程差大小的因素有：A、矿物性质；B、矿物切面方向；C、矿片厚度,14,(2) 干涉的明亮程度还与K1、K2振幅大小有关，振幅越大亮度越
6、强。K1、K2的振幅大小取决于矿片上光率体椭圆半径与AA、PP之间的夹角。当K1、K2和AA、PP成45夹角时，K1、K2振幅最大，矿片最明亮，这时的矿片位置称 45位置。,15,在偏光矢量分解图中，OF代表K1、K2的振幅。OFOB cos sin当45时，OF为最大值，即 K1、K2的振幅最大，矿片最亮。,16,四、干涉色和干涉色谱表,1、干涉色及其成因,沿石英平行Z轴方向(光轴)，由薄至厚磨成楔形，称为石英楔。石英的最大双折率Ne-No0.009，是一常数。随着石英楔的厚度由薄到厚逐渐增加，光程差也增加。,17,如果光源为单色光时，在正交镜间45位置插入石英楔，视域内将逐渐出现明暗相间的
7、干涉条带。,18,明暗条带间距取决于单色光的波长。 红光的波长最长，其明暗条带间距也最大，紫光的干涉条带间距则最小。,19, 若光源为白光时，除R0外，任何一光程差都不可能同时等于各单色光半波长的偶数倍，所以不可能使七种单色光同时抵消而出现黑带。,某一定光程差，只可能相当或接近于部分单色光半波长的偶数倍，使该部分单色光抵消或减弱；同时该光程差又可能相当或接近于另一部分单色光半波长的奇数倍，使另一部分单色光不同程度加强。 不同程度加强的单色光混合，构成与该光程差相应的混合颜色，它是白光通过正交镜间矿片后，经过干涉作用形成的，故称为干涉色。 干涉色不是矿物本身的颜色。,20,橄榄石（单偏光）,石英
8、（单偏光）,橄榄石（正交）,石英（正交）,21,第一级序：R约为0550nm。主要干涉色依次为暗灰、灰白、黄、橙、和紫红色。特征是具有暗灰、灰白色而无蓝、绿色。,第二级序：R为5501100nm。主要干涉色依次为蓝、绿、黄橙、紫红色。特征是色调浓而纯，比较鲜艳，干涉色条带间的界线较清楚。,第三级序：R为11001650nm。依次出现的干涉色为蓝、绿、黄、橙、红色，干涉色顺序与第二级序一致，但色调较第二级序浅，界线也不如第二级序清楚。以上三个级序干涉色之末，均为紫红或红色，它对光程差增减反应灵敏，称灵视色。,2、干涉色级序及各级序的特征,22,更高级序：R2200nm，干涉色更浅、不纯，界线模糊
9、不清。当R很大时，几乎接近所有各色光半波长的偶数倍，同时又接近于奇数倍。各色光都有不等量的出现，相互混杂，形成一种与珍珠表面相似的亮白色，称高级白色。与一级灰白的区别是加入试板后，高级白干涉色基本不变化。由于矿片厚度一般在0.03mm左右，所以若出现高级白，则表明该矿物的双折率很大。,第四级序：R为16502200nm。依次为浅绿、粉红、浅橙色，颜色较淡，以浅绿为主，界线模糊。,23,矿物性质切面方向,光程差,双 折 率,矿片厚度,平行光轴或Ap的切面，双折率最大，呈现的干涉色最高； 垂直光轴切面的双折率为0，呈现全消光； 其它方向切面的双折率递变于0和最大之间，干涉色级序变化于全黑和最高干涉
10、色之间。,决定干涉色级序的因素：,24,根据光程差 公式作成,3、干涉色色谱表,干涉色色谱表是表示干涉色级序、双折率及矿片厚度之间关系的图表。,25,在各光程差的位置上，填上相应的干涉色，即构成干涉色色谱表,26,在R、d、N三者之间，只要知道其中任意两个数据，应用色谱表既可求出第三个数据。例：石英的最大双折率为0.009，在正交镜间，的最高干涉色为一级黄(R约为350nm)，根据色谱表求矿片厚度。例：白云母最高干涉色为二级红(R约1100nm)，矿片厚度0.03mm，在表上求最大双折率。,27,成因：双折率色散 在讨论干涉色成因时，是以同一矿物对不同单色光的双折率相等，光程差相同为基础的。但
11、是实际上，同一矿物对不同波长的单色光的双折率不完全相等，从而可能引起干涉色的变异。,4、异常干涉色,有些矿物呈现不同于色谱表上的反常干涉色，称为异常干涉色。,28,例：若矿物对紫光的双折率明显大于红光的双折率时，呈现“柏林蓝”异常干涉色（绿泥石、黝帘石）；相反，则呈现“锈褐色”异常干涉色（符山石和绿泥石）。,紫光红光,紫光红光,双折率：,大多数矿物的双折率色散很小，不足以引起干涉色的变异。但有少数矿物的双折率色散较大，不同波长单色光的光程差相差较大，可能会出现异常干涉色。,29,另外有些矿物的颜色较浓，如黑云母等，其干涉色常易受本身颜色的干扰或掩盖，不易看清它们应有的干涉色。,有极少数矿物，对
12、某一单色光的双折率为零，而对其余各单色光的双折率不等，则形成与该单色光互补的异常干涉色（如黄长石，对黄光的双折率为0，呈现蓝色的异常干涉色）。,30,5、平行偏光镜间的干涉色,载物台上不放置矿片时，视域明亮。 当载物台上放置均质体或非均质体垂直光轴的矿片时，视域明亮。 当载物台上放置非均质体除垂直光轴以外的其它方向切片时，如果椭圆半径之一与上、下偏光振动方向平行时，视域明亮；如果光率体椭圆半径与AA、PP斜交时，也将发生干涉作用。但干涉结果与正交镜间相反。,31,若用单色光照射： 当R2n(/2)时，透过上偏光镜的两偏光振动方向相同，振幅相等，二者叠加，亮度增加一倍(最亮)； 当R=(2n+1
13、) (/2)时，透过上偏光镜的两偏光振动方向相反，振幅相等，二者抵消变暗。,32,薄片鉴定中，平行偏光镜间的观察较少。一般可用于区分一级灰白与高级白干涉色。正交镜间的一级灰在平行偏光镜间则变为暗橙红色，而高级白仍为白色。,如果用白光照射时，在一定光程差时出现的干涉色是正交镜间所呈现干涉色的互补色。例：R为550nm时，在正交镜间呈现一级紫红干涉色，而在平行偏光镜间则呈现黄绿色干涉色。,33,五、补色法则及补色器,1、补色法则,定义：两个非均质体除垂直光轴以外的任意方向切面，在正交偏光镜间45位置重叠时，光波通过这两个矿片后，总光程差的增减法则。总光程差的增减表现为干涉色级序的升降变化。,34,
14、设有两个矿片，一个矿片的光率体椭圆切面长短半径为Ng1和Np1，光波通过它产生的光程差为R1；另一个矿片为Ng2和Np2，光程差为R2。 将两矿片在45位置重叠时： 如果两矿片的同名半径平行时，即Ng1 Ng2 、Np1 Np2，则光波通过两矿片后，总光程差RR1R2，表现为干涉色级序升高（比两个矿片各自原来的干涉色级序都高）。,35,异名半径平行时，即Ng1 Np2、Ng2Np1，则光波通过两矿片后产生的总光程差RR1R2，R必定小于原来光程差较大的矿片，但不一定小于原来光程差较小的矿片。具体表现为干涉色级序降低（比原来干涉色级序高的矿片降低，不一定比原来干涉色级序低的矿片降低）。若R1R2
15、，则R0，此时矿片消色而变黑暗。,36,补色法则的应用：在两个晶体切片中，如果有一矿片的光率体椭圆半径名称及光程差为已知，当它们在正交镜间45位置重叠时，观察干涉色级序的升降变化，根据补色法则可以确定另一个矿片的光率体椭圆半径名称及光程差。已知光率体椭圆半径名称和光程差的矿片，称为补色器。,37,2、几种常用的补色器,石膏试板（标记为或IR）R约为550nm。在正交镜间45位置时呈现一级紫红干涉色。试板（平行NgNp方向切下一块晶体薄片，磨光后嵌在长方形的金属板圆孔内）上标明了Ng和Np的方向，Np与金属板长边平行，Ng与短边平行。在矿片上加入石膏试板后，可使矿片的干涉色升高或降低一个级序。,
16、38,干涉色升高或降低一定要以石膏试板的一级紫红为标准。例如，当矿片干涉色为一级灰（R约150nm），加入石膏试板以后，同名半径平行，总R为700nm，矿片干涉色升高为二级蓝绿；异名半径平行时总R为400nm，干涉色级序降低，矿片干涉色由一级灰变为一级黄。,39,适用范围：石膏试板适用于干涉色为二级黄以下的矿片。原因：如果矿片干涉色为二级黄，加入石膏试板后，同名半径平行时，干涉色级序升为三级黄，异名半径平行时，则降为一级黄，由于一级黄与三级黄不易区别，难于确定干涉色级序的升降，也就不能确定矿片光率体的轴名。 矿片干涉色级序越高，石膏试板的效果就越低。,40,云母试板（标记为/4） R约为147nm，在正交镜间45位置时呈现一级灰白干涉色，其上也标明了Ng和Np的方向。在矿片上加入云母试板后，可使矿片的干涉色级序按色谱表上的顺序升降一个色序。 例如，某矿片干涉色为一级紫红，加入云母试板后，同名半径平行则升高为二级蓝，异名半径平行则降为一级橙黄。,
