第一章 晶体光学性质(6学时)
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一、实验目的1. 了解晶体光学的基本原理和实验方法。
2. 掌握晶体光学性质的测量方法,包括折射率、双折射率、光吸收等。
3. 通过实验,加深对晶体光学性质的理解,提高分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理晶体光学性质是指晶体对光传播、折射、反射、吸收等现象的影响。
晶体具有各向异性,即在不同方向上的光学性质不同。
本实验主要研究晶体对光的折射、双折射和光吸收等性质。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器:折射仪、双折射仪、光吸收仪、光学显微镜、光栅、光源等。
2. 实验材料:各种晶体样品、滤光片、透镜等。
四、实验步骤1. 折射率的测量(1)将晶体样品放在折射仪的样品台上,调整样品台,使晶体表面与折射仪的光束垂直。
(2)打开光源,调整光束,使其通过晶体样品。
(3)观察折射仪的读数,记录晶体的折射率。
2. 双折射率的测量(1)将晶体样品放在双折射仪的样品台上,调整样品台,使晶体表面与光束垂直。
(2)打开光源,调整光束,使其通过晶体样品。
(3)观察双折射仪的读数,记录晶体的双折射率。
3. 光吸收的测量(1)将晶体样品放在光吸收仪的样品台上,调整样品台,使晶体表面与光束垂直。
(2)打开光源,调整光束,使其通过晶体样品。
(3)观察光吸收仪的读数,记录晶体的光吸收系数。
4. 晶体光学性质的观测分析(1)使用光学显微镜观察晶体样品的形态、结构等特征。
(2)根据实验数据,分析晶体的光学性质,如折射率、双折射率、光吸收等。
五、实验结果与分析1. 折射率的测量结果:实验测得晶体样品的折射率为n = 1.532。
2. 双折射率的测量结果:实验测得晶体样品的双折射率为δ = 0.018。
3. 光吸收的测量结果:实验测得晶体样品的光吸收系数为α = 0.002。
4. 晶体光学性质的观测分析:通过光学显微镜观察,发现晶体样品具有明显的双折射现象,说明晶体具有各向异性。
结合实验数据,分析晶体样品的光学性质,得出以下结论:(1)晶体样品的折射率较高,有利于光的聚焦和传播。
《晶体光学及光性矿物学》课程教学大纲课程编码:612006课程名称:晶体光学及光性矿物学课程英文名称:Crystal Optics and Optical Mineralogy开课学期:2学时/学分:48(其中实验学时34学时)/3课程类别:学科基础课开课专业:地质学、资源勘查工程、地理科学、应用地球化学选用教材:倪志耀. 晶体光学. 北京:地质出版社,2011主要参考书:1. 李德惠. 晶体光学. 北京:地质出版社,19842. 陈芸箐. 晶体光学原理. 北京:地质出版社,19873. 孟庆丽. 光性矿物学简明教程. 北京:地质出版社,19954. 北京大学地质学系岩石教研室. 光性矿物学. 北京:地质出版社,19795. 康维国,梁万通,刘雅琴. 晶体光学. 长春:东北师范大学出版社,19936. 常丽华,陈曼云,金巍,李世超,于介江. 透明矿物薄片鉴定简明手册. 北京:地质出版社,2006.一、课程简介晶体光学及光性矿物学是地质学、资源勘查工程、地理科学、应用地球化学专业的一门学科基础课。
它是利用偏光显微镜来研究可见光下透明矿物所产生的光学现象及基础原理的一门科学,主要内容包括光在晶体中传播特性、光率体、光性方位等晶体光学基础知识,偏光显微镜的构成和使用方法,单偏光系统、正交偏光系统和锥光系统下所产生的光学现象及成因,以及最常见的主要造岩矿物的鉴定特征。
通过本课程的学习,学生将了解偏光显微镜的基本构成及其使用方法,掌握使用偏光显微镜系统研究、鉴定透明矿物的基本原理和基本方法,学会利用工具书鉴定常见的造岩矿物. 该课程的学习将为后续岩石学等学科基础课的学习及科研工作打下坚实的基础。
Introduction to the courseCrystal Optics and Optical Mineralogy is a specialized core course for Geology, Resource Exploration, Geography Science Specialty, and related. Optical phenomenon and underlying principle of transparent minerals under visible light were investigated by means of polarized microscope. The content of this course include the spread characteristics of light (beam) through crystal, and indicatrix, optical orientation and related basic knowledge, composition and application of polarized-light microscopy, optical characteristics of transparent minerals appeared in the systems of monopolarizer, crossed polarizer and conoscope and their genesis, and the determinative characteristics of most common rock-forming minerals. Having followed this course, students should understand basic composition and the application of polarized-light microscopy, hold the fundamentals and method for identification of transparent minerals by use of polarized-light microscopy, and learn identifying common transparent minerals by the reference books. It may lay a solid foundation for the study of the following courses such as Petrology and so forth, as well asscientific research.二、课程性质、目的与任务晶体光学及光性矿物学是一门学科基础必修课,它是在学生掌握了地球科学概论、结晶学及矿物学这两门相关知识的基础上进行的教学。
晶体光学复习思考题参考答案教学内容晶体光学课后复习思考题参考答案(若有部分错误,请谅解~)第⼀章1.研究透明矿物的晶体光学性质应⽤哪种光?为什么?参考答案:根据实验的需要;不同的晶体光学性质需要⽤不同的光来鉴定。
2.矿物折射率的⼤⼩与哪些因素有关?参考答案:矿物⾃⾝构造3.①光波在均质体和⾮均质体中的传播特点有何不同?②为什么?参考答案:①光波射⼊均质体中,发⽣单折射现象,基本不改变⼊射光波振动特点和振动⽅向。
P5;光波沿光轴⽅向射⼊⾮均质体中时,不发⽣双折射,基本不改变⼊射光波的振动特点和振动⽅向。
光波沿⾮光轴⽅向射⼊⾮均质体中时,⼊射光波会发⽣双折射⽽分解形成两种偏光。
P5;②由于均质体的光学性质各个⽅向相同,⽽⾮均质体的光学性质随⽅向的不同⽽不同。
4.①光波在⾮均质体中传播时,其传播速度及相应折射率⼤⼩是取决于光波的传播⽅向还是取决于光波的振动⽅向?②为什么?参考答案:①取决于光波的振动⽅向P6;②根据电磁波理论,组成物质的原⼦或离⼦受电磁波扰动将极化成偶极⼦,可见光波在吴志忠的传播主要就是通过偶极⼦的感应振动来进⾏的。
在晶体中使振动偶极⼦回复到平衡位置的回复⼒强度控制光波的传播速度。
因此,光波在⾮均质体中的传播速度取决于光波的振动⽅向。
P65.绘出⼀轴晶负光性光率体的三种主要切⾯,并注明每⼀个切⾯的半径名称。
垂直光轴切⾯斜交光轴切⾯平⾏光轴切⾯P96.解释下列名词:光率体、⼀轴晶、⼆轴晶、光轴、常光、⾮常光、光学主轴、主轴⾯、光轴⾯、光轴⾓、Bxo、Bxa、双折射率。
光率体:表⽰光波在晶体中传播时,光波的振动⽅向与相应折射率之间关系的光学⽴体图形。
P6⼀轴晶:只有⼀个光轴的⾮均质体称⼀轴晶。
P5⼆轴晶:有两个光轴的⾮均质体成为⼆轴晶。
P5光轴:在⾮均质体中,不发⽣双折射的特殊⽅向成为光轴(Z轴、OA)P5常光:当光波射⼊⼀轴晶时,发⽣双折射形成两种偏光,其中振动⽅向垂直Z晶轴,其传播速度及其相应折射率值不变的偏光称为常光,以符号”o”表⽰。
晶体的光学性质与光学材料光学是研究光的传播、反射、折射、干涉和衍射等现象的学科,而晶体的光学性质与光学材料则是光学领域中的一个重要分支。
晶体作为一种常见的物质形态,在光学研究和应用中具有重要的地位。
本文将探讨晶体的光学性质以及晶体在光学材料中的应用。
一、晶体的光学性质晶体是由大量原子或分子按照一定的空间排列方式而形成的固态物质。
晶体具有许多独特的光学性质,包括光的折射、偏振、透明度等方面。
1. 光的折射光在传播过程中,当遇到介质边界时会发生折射现象,即光线改变传播方向。
晶体作为一种介质,也会使光线发生折射。
晶体的折射率与入射光线的角度、晶体的内部结构以及晶体的光学常数等因素密切相关。
晶体的折射现象使得晶体在光学器件中具有广泛的应用,如光导纤维和光学棱镜等。
2. 光的偏振光波通常是沿着一个方向传播的,称为光的偏振。
晶体的结构对光波的偏振态有明显的影响。
某些晶体能够选择性地吸收某个特定方向的光,称为吸收偏振现象。
另一些晶体则会将非偏振光分解成两个偏振方向相互垂直的线偏振光,称为双折射现象。
晶体的偏振性质对于光学仪器的设计和光的调控具有重要意义。
3. 光的透明度晶体通常具有良好的透明性,即能够使光线透过而不发生明显的散射或吸收。
这使得晶体成为制作光学器件的理想材料之一。
晶体的透明度与晶体材料的结构、晶格缺陷以及晶体的质量等因素密切相关。
例如,高纯度的单晶体具有较高的透明度,而晶体内部的杂质或缺陷则会影响晶体的透明性能。
二、光学材料中的晶体应用晶体作为光学材料在众多光学领域中得到广泛应用。
下面主要介绍晶体在光学器件、激光技术和光电子学中的应用。
1. 光学器件晶体作为一种优质的光学材料,被广泛应用于各种光学器件中。
例如,晶体可以用来制作光学棱镜、光学透镜、光栅和偏振器件等。
这些器件在光学测量、光学通信和光学仪器中起着重要的作用。
2. 激光技术晶体在激光技术中扮演着重要的角色。
晶体可以用来制作激光器的工作介质,通过精确的晶体生长和掺杂技术,可以实现特定波长和高效输出的激光器。
《晶体光学及光性矿物学》教学大纲(总学时:50学时)●序言:晶体光学的研究内容及其在岩石学中的地位,晶体光学的学习方法及要求。
第一章:晶体光学基础自然光与平面偏振光;光的折射、反射和全反射;光波在介质分界面上的折射定律。
光在光性均质体和非均质体中的传播特点。
双折射现象,光轴位置。
光率体的概念;均质体光率体、非均质体光率体。
一轴晶光率体及其特征:常光(No)与非常光(Ne);正光性与负光性;一轴晶光率体主要切面及切面特征:垂直光轴、斜交光轴、平行光轴。
二轴晶光率体及其特征:光学主轴及主折射率(Ng、Nm、Np)、光轴(OA)、光轴面(Ap)、主轴面(NgNp面、NgNm面、NmNp面)、光轴角(2V)、锐角等分线(Bxa)、钝角等分线(Bxo)、正光性与负光性;●二轴晶光率体主要切面及切面特征:垂直光轴、斜交光轴、垂直(Bxa)、垂直Bxo、平行Ap等五种切面。
中级晶族和低级晶族的光性方位。
第二章:偏光显微镜及岩石薄片偏光显微镜的构造、检查与校正,使用与保养。
岩石薄片磨制法简介(参观磨片厂)。
第三章:单偏光镜下的晶体光学性质单偏光镜的装置,调节与校正。
●矿物结晶形态、集合体形态与切片形态。
●矿物切片上的解理,可见临界角,完善程度及解理夹角测定。
●矿物颜色,多色性及其成因。
●矿物切片的边缘特征,突起与糙面,贝克线,色散效应(折射率色散),相对折光率高低的比较,突起等级的确定,闪突起。
第四章:正交偏光镜下的晶体光学性质正交偏光镜的装置、特点、调节与校正。
●晶体的消光现象及消光位。
●正交偏光镜下光波的干涉原理,光程差及其影响因素,干涉色的成因,干涉色级序及各级序的特征,干涉色色谱表,异常干涉色(双折射色散)。
●补色法则及主要补色器(云母试板、石膏试板、石英楔、贝瑞克消色器)。
●矿片上光率体椭园半径方向及轴名测定。
●矿物主要光学性质的测定:矿物干涉色级序,双折射率的测定;消光类型、消光角、晶体延性符号的测定。
前言《晶体光学》主要是研究可见光(其波长范围大致为390-770 mμ,由紫、青、兰、绿、黄、橙、红等颜色组成)通过透明晶体所产生的一些光学现象及其规律的一门科学。
不同的晶体,其光学性质不同,因此,晶体光学是研究鉴定透明矿物的重要方法。
因岩石基本上是由透明矿物所组成的,故晶体光学鉴定法是鉴定岩石最基本的和最广泛应用的方法,《晶体光学》是《岩石学》课程的一个组成部分。
第一章晶体光学基础第一节光的性质1、光是一种电磁波。
光既有粒子性,又有波动性。
2、光波是一种横波,光波的振动方向垂直传播方向。
3、1 mm(毫米) =106mμ(毫微米)3 、折射率的几个问题:⑴ N称为折射介质对入射介质的相对折射率。
如果入射介质为真空或空气,则称N为绝对折射率,简称为折射率。
⑵ N与光波在介质中的传播速度成反比,即介质中光的传播速度愈大,折射率愈小。
⑶介质的折射率N与介质的密度有关。
对于硅酸盐矿物来说,与其晶体结构有关,岛状构造的橄榄石→单链构造的辉石→层状构造的云母,N递减。
第三节自然光与偏光1、自然光在垂直光波传播方向的平面内,各个方向都有等振幅的光振动。
如太阳光、灯光等。
2、偏振光在垂直光波传播方向的某一固定方向上振动的光波。
偏振光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动面。
第四节光在均质体和非均质体中的传播特点1 光性均质体(光学性质各个方向都相同,高级晶族晶体、非晶质体属于光性均质体)⑴光波在均质体中传播时,无论在任何方向上振动,其传播速度与折射率值不变。
⑵光波入射均质体发生单折射现象,不发生双折射也不改变入射光的振动性质。
入射光为自然光,折射光仍为自然光。
入射光为单偏光,折射光仍为单偏光。
2 光性非均质体(光学性质随方向而异,中级和低级晶族晶体属于光性非均质体)⑴光波在非均质体中传播时,其传播速度和折射率值随振动方向的不同而发生改变,即有无数个折射率值。
⑵光波入射非均质体,除特殊方向以外,会改变其振动特点,分解成为振动方向互相垂直,传播速度不同,折射率不等的两条偏振光,这种现象就称为双折射。