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1、第一章 偏光显微镜(透射)分析,电磁波谱,2. 自然光和偏振光 自然光:自然界普通光源发出的光,如太阳光和灯光等,特点:在垂直光波传播方向的平面内,各方向都有光波的振动且振幅相等。偏振光:自然光经反射,折射,双折射或选择吸收等作用后,可转变为只在一个固定方向上振动的光波,偏振光振动方向与传播方向构成的平面称振动面。,3. 光的折射 光的折射定律,光的折射特点:,(1)介质中光传播的速度愈大,则该介质的折射率愈小; (Vi/Vr=Nr/Ni)。 (2)光在真空中的传播速度最大,n=1 (3)同一介质的折射率因所用光波波长而异(折射率色散) 对于同一介质,光波的波长与折射率成反比。,折射率N介质=
2、V真空 / V介质,N:岛状(橄、榴)单链(辉)双链(角)层(云)架(石、长),概念:光学性质上各方向都相同的物体,包括等轴晶系的晶体和非晶质体。 光传播特点:光通过均质体物质时,性质不变,振动方向与传播传播方向不变,即自然光仍为自然光,偏光仍为偏光。 均质体折射率只有一个。,4. 光在晶体中的传播,光性均质体与光性非均质体:,光性均质体:,光性非均质体:,概念:光学性质随方向而改变物体,包括中级晶族和低级晶族矿物。光传播特点:光通过非均质体物质时,除特殊方向外,要发生双折射现象,即分解为振动方向相互垂直,传播速度不同,折射率不等的两种偏光,两种偏光的折射率差称为双折射率。非均质体折射率不只有
3、一个。,5. 光率体 光率体是表示光波在晶体中传播时,折射率随光波振动方向变化的一种立体几何图形。是晶体光学研究中抽象出的一个立体概念,实际晶体中并不存在。,做法:设想自晶体的中心起,沿光波的各个振动方向,按比例截取相应的折射率值,再把各个线段的终点联系起来,构成了光率体。 晶体在不同方向上的折射率可用晶体折射仪来测出。,1) 均质体光率体特征,为高级晶族等轴晶系矿物及非晶质物质。,光率体特征:为一圆球体,即各个方向上折射率都是相等的。,中级晶族(三方、四方、六方晶系),2) 一轴晶光率体特征,光率体特征: 是以C轴(光轴)为旋转轴的椭球体,只有一条光轴,故称一轴晶。 有最大,最小两个主折射率
4、,分别为No和Ne, No 垂直C轴振动,数值不变,也叫常光; Ne平行C轴振动,也叫非常光。,正光性: 当Ne No时,光率体呈C轴拉长的椭球体,如石英。 负光性: 当Ne No 时,光率体为沿C轴压扁的椭球体,如方解石。 光性符号是非均质矿物的重要光学特征,是矿物鉴定的重要常数。,一轴晶正、负光性:,一轴晶光率体主要切面:,A、垂直光轴( OA )切面 为圆切面,半径为 No 。 当光线沿C轴入射时,不发生双折射现象,也不改变振动方向,该切面显均质性。 一轴晶只有一个这样的切面。,B、平行(OA)光轴切面 为椭圆切面,长、短半径分别为 Ne和No 。 当光线垂直该切面通过时,发生双折射形成
5、两种偏光,其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ne-No,最大。,,,C、斜交光轴切面 仍为椭圆切面,但长、短半径分别为 Ne和No 。 当光线垂直该切面通过时,发生双折射形成两种偏光,其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ne-No ,小于最大双折射率。,低级晶族(斜方、单斜、三斜晶系)abc,=90(斜方晶系),3) 二轴晶光率体特征,光率体特征:为三轴不等的椭球体,三个结晶主轴X、Y、Z构成直角坐标系。 光率体的三个主折射率为Ng、Nm、Np 三轴椭球体 NgNmNp,二轴晶光率体的构成 :,主轴:Ng、Nm、Np 主轴面:NgNp、NgNm、NmNp
6、光轴:OA:(两根),二轴晶光率体主要切面:,A、垂直光轴( OA )切面为圆切面,半径为 Nm,不发生双折射现象,也不改变振动方向,该切面显均质性。 二轴晶有两个这样的切面。,B、平行(OA)光轴切面 为椭圆切面,长、短半径分别为 Ng和Np 。当光线垂直该切面通过时,发生双折射形成两种偏光,其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。 双折射率=Ng-Np,最大。 二轴晶只有一个这样的切面。,,,C、斜交光轴切面 仍为椭圆切面,但长、短半径分别为Ng 和Np 。当光线垂直该切面通过时,发生双折射形成两种偏光,其振动方向分别平行于椭圆切面的长、短半径。双折射率= Ng -Np 小于最大双折射率
7、。,6. 光在非均质体中的传播 自然光在光率体椭圆切面中的传播,偏振光在光率体椭圆切面中的传播,思考题,在折射率仪中测得金红石(四方晶系)C轴方向折射率为2.616,垂直C轴方向为2.832;现于平行(100)晶面取一薄片,试绘出其光率体切面,并写出最大双折射率及其光性正负。 等轴晶系、中级晶族矿物光率体切面类型有哪些?说明每种光率体切面类型的特征。 绘出一轴晶正、负光性光率体的主要切面,并标出每个切面的半径名称。,二、透射偏光显微镜,透射偏光显微镜是研究透明矿物光学性质的主要仪器。与一般的生物显微镜相比,最主要的区别是有两个偏光镜。其中,一个安装在载物台之下,称下偏光,另一个安装在载物台之上
8、的镜筒中,称上偏光。在偏光显微镜中,上偏光的振动方向是固定的,而下偏光的振动方向是可以调节的。一般来说,两个偏光的振动方向是相互垂直的。,1、光学原理,2、偏光显微镜组成及构造,1、目镜,2、镜筒,3、勃氏镜,4、粗动手轮,5、微调手轮,6、镜臂,7、镜座,8、上偏光镜,9、试板孔,10、物镜,11、载物台,12、聚光镜,13、锁光圈,14、下偏光镜,15、反光镜,组成,机械系统:镜座、镜臂、 镜筒、载物台、焦准设备(升降系统)、聚光镜架、物镜转换器。,光学系统:光源、下偏光、聚光镜、物镜、目镜、上偏光、勃氏镜。,附件系统:试板、石英楔、校正螺丝等。,透射偏光显微镜,透射反射偏光显微镜,附件:
9、中心校正螺丝、试板,偏光显微镜主要研究透明矿物岩石材料薄片,3. 偏光显微镜的调节,1、镜头更换(4X、10X、40X、100X) 2、调节光源强弱 3、准焦:对焦,使物像清楚。 4、物镜中心校正 5、调整上、下偏光,物镜中心校正:,A、在薄片中找一小质点a,置于视域中心(十字)。 B、旋转载物台360度,若中心不偏,则a不动;若动,则偏。 C、待a回到中心后,转180度,使a到a处。 D、用校正螺丝将a移到o处。 E、移动薄片,使质点a移到中心。 F、转动物台360度,如动,则重复上述程序。,上、下偏光方位的确定:,下偏光方位: (黑云母一组极完全解理方向上吸收强,颜色深。)方法:将黑云母解
10、理缝与十字丝的纵线平行,然后调下偏光,使黑云母颜色最深,此时,纵线方向即为下偏光方向。 上偏光方位:方法:在确定下偏光方位后,移去薄片,推入上偏光,然后旋转上偏光旋钮,直到视域最暗,此时上、下偏光正交。,指只使用一个偏光镜(通常为下偏光)进行观测、测定晶体的光学性质。,三、 单偏光镜下晶体光学性质,主要观察,1)晶体表面特征,如形状、解理。,2)晶体对光波吸收的有关性质,如颜色、多色性、吸收性等。,3)与晶体折射率有关的性质,。如突起、糙面、贝克线、色散等。,1、形态,注意:在单偏光镜下观察晶体形态时,应结合晶体不同方向的切面而定。,2 、解理,(1) 解理的等级: 极完全解理:如云母; 完全
11、解理:如辉石; 不完全解理:如橄榄石。,(2)解理与裂纹的区别:解理平直,裂纹弯曲;解理宽度基本一致,裂 纹宽窄不一。,(3 ) 解理夹角的测定 要选择同时垂直两组解理的切面。判断:两组解理最细最清楚;把解理缝平行目镜十字丝纵丝时,升降载 物台,解理缝不左右移动(两组解理都要检验)。 测定方法(见右图),A、选切面。 B、旋转载物台使一组解理平行 目镜十字丝,读数a。 C、旋转载物台,使另一组解理平行同一十字丝,读数b。 D、解理夹角b-a。,3 、矿物的颜色、多色性和吸收性,(1) 矿物的颜色:,矿物在薄片中呈现的颜色与手标本上的颜色不同。透射光与反射光。 在单偏光镜下,矿物薄片呈现的颜色是
12、矿片对白光中各单色光波选择吸收的 结果。选择吸收为 矿片对白光中各单 色光波的不等量吸 收。,(2) 矿物的多色性:,在单偏光镜下转动载物台,晶体颜色发生变化的性质。 是由于晶体在不同 方向上对不同波长 光波选择吸收的结 果。,电气石:深篮浅紫 普通角闪石:深绿浅黄绿,(3) 矿物的吸收性:,在单偏光镜下转动载物台,矿物颜色深浅发生变化的性质。 其成因与多色性相似。也是由于晶体在不同方向上对光波选择吸收的结果。,例如: 普通角闪石:深绿浅绿; 黑云母:深褐色浅褐色,问题:均质体矿物能否有颜色、多色性和吸收性?,3 、矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起,(1) 矿物的轮廓和贝克线:,红柱石,轮廓:两
13、种折光率不同的矿物接触处黑暗的边缘。 贝克线:轮廓附近的一条亮线,升降镜筒发生移动。 产生原因:相邻矿物的折射率差造成,差值越大越明显。 贝克线判断折光率大小:提升镜筒(下降物台),贝克线向N大的一侧移动。, 贝克线的成因及贝克线移动规律,(2) 矿物的糙面:,糙面:在单偏光镜下,某些矿物比较光滑,某些矿物比较粗糙,呈麻点状的现象。 产生原因:薄片中矿物表面凸凹不平,当树脂与矿物折射率不同,物表面的光散射不一致,给人粗糙的感觉。 矿物与树脂(N1.54)差值越大越明显。,(3) 矿物的突起:,突起:在单偏光镜下,同一切片的不同矿物好像高低不同的现象。 产生原因:是由于矿物折射率与加拿大树胶折射
14、率不同,光波通过两者之间界面而发生折射、全发射作用的结果。 矿物突起的影响因素:矿物突起的高低与矿物折射率值与加拿大树胶折射率值(1.54)的差值大小,差值愈大,突起愈高。, 矿物突起等级的划分,正突起与负突起正突起:矿物折射率值大于加拿大树胶折射率值;负突起:矿物折射率值大于加拿大树胶折射率值。正负突起判断:提升镜筒,贝克线由加拿大树胶向矿物移动为正突起;反之,则为负突起 。,思考题,什么叫晶体的吸收性和多色性?为何只有非均质体才具有多色性? 什么是贝克线?它是如何产生的?其移动规律如何?有什么作用? 什么是晶体的糙面、突起、?决定晶体突起等级的因素是什么?,四、 正交偏光镜下晶体光学性质,
15、1、正交偏光镜的装置及光学特点是在单偏光镜的基础上, 加上上偏光镜,并使上、 下偏光的振动方向相互 垂直。这样,在不放任何 矿片的情况下,视域应该 是黑的。如果不黑,表明 上、下偏光的振动方向 没有相互垂直,需要调整。,2、 消光现象 消光:矿物在正交偏光镜间呈现黑暗的现象。,消光,全消光:转动物台360,矿片一直消光的现象。成因:为均质体及垂直光轴切片,他们不改变下偏光光波的振动方向,光波不能透过上偏光镜。,四次消光:转动物台360,矿片呈四次明、暗的现象。成因:非均质除垂直光轴以外的切片,光率体为椭圆,转动物台360,光率体椭圆长、短半径与上、下偏光振动方向AA、PP有四次平行的机会,出现
16、四次消光。,非均质除垂直光轴以外的切片,在消光位以外的任何位置,其光率体椭圆长、短半径与上、下偏光振动方向(AA、PP)斜交。这样,下偏光进入矿片后,就会发生双折射,分解形成振动方向相互垂直的两种偏光。由于这两种偏光的振动方向与上偏光的振动方向斜交,当它们进入上偏光镜时,就会再度发生双折射而分解形成四种偏光,但只有平行上偏光镜的两种偏光可以透过上偏光镜,并且具备了发生干涉作用的条件,必将发生干涉作用。,3、 干涉现象,如果光源为单色光波,则当光程差为光波半波长的奇数倍时,干涉结果是二者相互抵消而变黑暗;而当光程差为光波半波长的偶数倍时,干涉结果是二者相互叠加,其亮度增加一倍(见下图),(1)、干涉色如果光源为单色光,在正交偏光镜45度位时插入石英楔,随着石英楔的慢慢推入,视域内依次出现明暗相间的干涉条带。亮带代表增强,暗带代表减弱。,4、 干涉色及干涉色色谱表,实验表明:光程差R (N1-N2),矿片厚度,如果光源为白光时,在正交偏光镜间,在45度位时插入石英楔,随着石英楔的慢慢推入,视域内出现的不是明暗相间的干涉条带,而是不同的颜色。,