晶体光学主轴

晶体光学性质的观测分析

学号：09327052 姓名：陈柱良 班别：光信一班

合作人：邹沉积 实验日期：10-10、10-17 自我评价：优

一． 实验目的

1． 熟悉单轴晶体光学性质，晶体的消光现象，干涉色级序；

2． 了解偏光显微镜原理及掌握其使用方法；

3． 观测晶体的类别，轴向和光性正负等过程，估计晶片光程差。

二． 实验基本原理

（一） 晶体双折射，光率体

折射率与光的传播方向和光矢振动方向有关的晶体。除立方晶系的晶体外，所有的晶体都是各向

异性晶体。如：方解石、水晶、KDP、LiNbO3，BaTiO3等都是各向异性晶体。

当光通过各向异性晶体时，会产生双折射现象，并表现出偏振性质。当光沿着各向异性晶体传播

是，总存在一个或两个方向不发生双折射现象，此方向称为晶体的光轴，按晶体的光轴分，各向异性晶

体又可以分为单轴晶和双轴晶，单轴晶只有一个光轴，如：四方晶系，六方晶系，三方晶系的晶体；而

双轴晶则有两个光轴，如：正交晶系，单斜晶系，三斜晶系的晶体。其中，折射率不随入射光方向而变

的称为寻常光或o光（折射率为n0），折射率随入射光方向而变的称为非寻常光或e光（折射率为ne）。o

光和e光都是偏振光，并且它们的振动方向互相垂直。O光的振动方向垂直于包含光轴和o光波法线所组成

的平面，e光的振动方向则平行于包含光轴和e光波法线所组成的平面.

由于光在晶体中沿不同传播方向和振动方向，其折射率不同，光波各矢量间光系较复杂，因此需

要用一些图形来直观地表示出晶体中光波各矢量间的方向光系，及各传播方向相对应的光速或折射率在

空间的取值分布，这些几何图形称为晶体光学示性曲面，它是以折射率为主值的椭球。在主轴坐标系，

折射率椭球可以表示为： X12n12+X22n22+X32n32=1

1. 立方晶系（高级晶族） n1=n2=n3=n0 X12+X22+X32n02=1

2. 单轴晶（中级晶族） n1=n2=n0，n3=ne X12+X22n02+X32ne2=1

1.①单偏光镜的装置有何特点②如何确定下偏光镜的振动方向③单偏光镜下可观察和测定透明矿物的哪些光学性质 参考答案：①单偏光镜就是只使用下偏光镜（起偏镜）来观察、测定矿片的晶体光学性质。

P33；②当黑云母解理与下偏光镜的振动方向平行时对黑云母吸收性最强，此时呈现深棕色，当解理与起偏振镜的振动方向垂直时，黑云母吸收性微弱，此时晶体呈现淡黄色，因此可通过观察黑云母不同颜色下的解理缝方向确定下偏光镜振动方向；③单偏光镜下观察和测定矿物晶体的光学性质包括矿物的外表特征（如形态、解理）、与矿物对光波选择吸收有关的光学性质（如颜色、多色性、吸收性）以及与矿物折射率值大小有关的光学性质（如边缘、贝克线、糙面、突起、色散效应）等。

P34 2.试描述下列矿物的形态、解理组数及其完善程度。

橄榄石

黑云母

角闪石

辉石 矿物的形态P34 解理组数

完善程度P36

橄榄石 他形 1组 不完全解理 黑云母 半自形 1组 极完全解理 角闪石 自形 2组

完全解理 辉石 半自形 1组 完全解理 3.解理缝的可见度与哪些因素有关 参考答案：矿片中解理缝的宽度、清楚程度，除与矿物本身的解理性质有关外，还与切面方向有密切联系。P35-P36 4.辉石和长石都具有两组完全解理。在岩石薄片中，为什么辉石具解理缝的切面多于长石且解理缝很清楚而长石的解理缝却不易找到 参考答案：辉石类和长石类矿物都具有两组完全解理，由于辉石类的解理缝可见临界角大于长石类矿物，在岩石薄片中辉石类矿物见到解理缝的颗粒比较多，而长石类矿物见到解理缝的颗粒比较少。P36 5.角闪石具有两组完全解理（夹角为56°或124°）。在岩石薄片中，为什么有的切面上可以见到两个方向的解理缝，有的切面只能见到一个方向的解理缝，而有的切面上却见不到解理缝呢测量解理夹角应在什么切面上进行 参考答案：同一矿物不同方向切面上解理缝的可见性、清晰程度、宽度及组数不完全相同。P36；垂直两组解理面的切面上。P37 6.①在含有黑云母的岩石薄片中，为什么有的黑云母切面上看不见解理缝，并且多色性不明显②见不到解理缝的黑云母切面，能说这种黑云母不具解理吗为什么 参考答案：①其切面解理面倾斜角大雨解理缝可见临界角，看不到解理缝。P36其切面是垂直光轴或接近垂直光轴切面，所以多色性不明显。P40；②不能。显微镜下观察矿物的解理时，切不可凭个别或少数切面判断解理的有无和解理的组数。必须多观察一些切面，然后综合判断。P36 7.①什么是矿物的颜色②矿物的颜色与那些因素有关③任何有色矿物在单偏光镜下都有颜色吗

一、名词解释

（1） 折射：当入射光波进入透明物后，其传播的方向和速度都发生改变的现象称为折射。

（2） 矿物的消光位：矿片在正交偏光镜下处于消光位的位置，称为消光位，处于消光位时矿片光率体椭圆半径与上下偏光镜的振动方向一致。

（3） 光率体：表示光波在晶体中传播，光波的振动方向与相应的折射率之间相关性指示体。

（4） 干涉色：当白光通过正交偏光镜的矿片后，经干涉作用形成的颜色称为干涉色。

（5） 晶体光性方向：晶体的光率体主轴与结晶轴之间的关系称为光性方向

（6） 全消光：在正交偏光镜间，载物台上放置均质体或非均质体垂直光轴的矿片，转动载物台360，矿片消光不改变，称为全消光。

（7） 一轴晶：中级晶族中只有一个光轴方向，称为一轴晶

（8） 光性方向：光率体，主轴，晶体结晶轴三者之间的关系称为光性方向。

（9） 二轴晶：低级晶族具有两个光轴方向，称为二轴晶。

（10） 非均质体：中级晶族和低级晶族的矿物，其光学性质随方向而异称为光性非均质体。

（11） 折射率的色散：同一晶体的折射率随单色光光波的波长不同而发生改变的现象称为折射率的色散。

（12） 补色法则：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，光波通过这两个矿片后，总光程差的增减称为补色法则。

（13） 多色性和吸收性：在单偏光镜下转动载物台时，许多有色非均质体矿片的颜色及颜色的深浅发生变化，这种由于光波在晶体中波动方向不同，而使矿物的颜色发生变化的现象称为多色性，颜色深浅发生变化的现象称为吸收性。

（14） 矿物的突起：在岩石薄片中，各种不同矿物表面高低不同，这种矿物表面突起来的现象称为突起。

（15） 矿物的闪突起：在单偏光镜下，转动载物台，非均质体矿物边缘糙面及突起高低产生明显变化的现象称为闪突起。

（16） 解理缝可视临界角：当解理面倾斜到一定角度时，解理缝就不见了，此时解理缝与矿片平面法线之间的夹角称为解理缝可见临界角。

第４９卷第２期２０２０年２月人　工　晶　体　学　报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＹＮＴＨＥＴＩＣＣＲＹＳＴＡＬＳＶｏｌ.４９　Ｎｏ.２Ｆｅｂｒｕａｒｙꎬ２０２０􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀦁􀦁􀦁􀦁封面图片奇妙的晶体———中红外非线性光学晶体１９６０年ꎬ世界上第一台红宝石(Ｃｒ３＋∶Ａｌ２Ｏ３)激光器诞生ꎮ１９６１年ꎬＦｒａｎｋｅｎ等首次发现激光通过石英晶体时会产生倍频现象ꎬ随后科学家们又陆续发现激光在通过某些特定晶体时会产生倍频、和频、差频、混频与光参量振荡等光学变频现象ꎬ这些晶体被称为非线性光学晶体ꎮ非线性光学晶体根据其应用波段主要分为:(１)中红外晶体ꎻ(２)近红外及可见光晶体ꎻ(３)紫外及深紫外晶体ꎮ商用中红外非线性光学晶体主要有ＡｇＧａＳ２、ＡｇＧａＳｅ２和ＺｎＧｅＰ２晶体ꎮ

中红外(ＭＩＲ)激光由于其独有的特性在激光遥感、激光制导和激光探测等方面有很重要的应用ꎮ中红外激光主要是利用中红外非线性光学晶体将近红外等波段激光进行频率转换产生的ꎮ作为现有的高功率成熟激光光源ꎬ１０６４ｎｍ激光是中红外非线性光学晶体常用泵浦光源ꎮ现有可使用１０６４ｎｍ激光泵浦的中红外非线性光学晶体有ＡｇＧａＳ２、ＢａＧａ４Ｓ７、ＢａＧａ４Ｓｅ７、ＬｉＩｎＳｅ２和ＣｄＳｉＰ２等ꎮ

本期封面图片展示了利用中红外非线性光学晶体通过光学变频获得中红外激光的过程ꎬ由上海工程技术大学梅大江研究团队设计提供ꎮ该团队长期从事新型中红外非线性光学晶体合成、单晶生长、结构测定及性能表征方面的研究ꎬ获得国家自然科学基金青年科学基金项目以及面上项目支持ꎮ