晶体光学基础

晶体光学必备知识点关键信息项1、晶体的定义与分类晶体的概念：＿___________________________晶体的分类方式：＿___________________________常见晶体类型：＿___________________________2、晶体的光学性质折射率：＿___________________________双折射现象：＿___________________________光轴：＿___________________________3、晶体的偏振特性偏振光的产生与类型：＿___________________________晶体对偏振光的作用：＿___________________________ 4、晶体的颜色与吸收晶体颜色的成因：＿___________________________吸收光谱：＿___________________________5、晶体的光学观测方法显微镜观测：＿___________________________偏光显微镜的使用：＿___________________________11 晶体的定义与分类晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。

其具有规则的几何外形、固定的熔点和各向异性等特征。

111 晶体的分类方式多种多样，常见的有以下几种：按化学成分分类，可分为无机晶体和有机晶体。

无机晶体如石英、氯化钠等，有机晶体如尿素、蔗糖等。

按晶体结构分类，可分为七大晶系，分别是立方晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、六方晶系和菱方晶系。

按功能分类，可分为光学晶体、电学晶体、磁学晶体等。

112 常见的晶体类型包括：离子晶体，由正负离子通过离子键结合而成，具有较高的熔点和硬度，如氯化钠。

原子晶体，由原子通过共价键结合而成，具有很高的熔点和硬度，如金刚石。

分子晶体，由分子通过分子间作用力结合而成，熔点和硬度通常较低，如干冰。

晶体光学基础试题（判断对错/简答）1．除真空以外的任何介质的折射率总是大于1（）2．折射定律表达为折射率为入射角与折射角的正弦之比,所以入射角越大,折射率越大；入射角越小,折射率越小( )3．某介质绝对折射率为光在空气中传播速度与在该介质中速度之比,即N=C O/V（）4．光在某介质中传播速度愈快,折射率愈大( )5．光由光疏介质射入光密介质,永远不会发生全反射()6．光由光密介质射入光疏介质,一定发生全反射()7．均质体有无数个相同的Ｎ或只有一个Ｎ（）8．非均质体有几个不同的Ｎ（）9．自然光射入均质体中，基本仍为自然光，偏光射入仍为偏光，不放生双折射（）10．自然光射入非均质体中一般发生双折射形成两种偏光；偏光射入非均质体中，按入射偏光传播，不发生双折射（）11．光在晶体中传播方向一致，则Ｎ一样（）12．光在晶体中振动方向一致，则Ｎ一样（）光率体基础1. 一轴晶有N e 、N o两个折射率，二轴晶有N g 、N m 、N p三个折射率( )2. 一轴晶N e >N o , 二轴晶N g >N m >N p ( )3. 一轴晶正光性N e >N o；负光性N e <N o ; 二轴晶正光性N g >N m >N p；负光性N g <N m <N p ( )4. 一轴晶光率体切面始终有一个N o，二轴晶光率体切面始终有一个N m（）5. 无论是一轴晶还是二轴晶，具有最大双折率的切面一定平行光轴（）6. 一轴晶有一个光率体圆切面，二轴晶有两个光率体圆切面（）7. 一轴晶有两个主折射率N e 、N o，二轴晶有三个主折射率N g 、N m、N p（）8. 二轴晶光轴面一定是与N g N p面一致（）9. 二轴晶垂直光轴面的任意切面总有一个半径是N m（）10. 一轴晶最大双折率为︱N e–N o︱，二轴晶最大双折率为N g–N m（）11. 二轴晶Bxa一定垂直B xo（）12. 二轴晶Bxa和、B xo构成的切面也一定是与光轴面一致（）13. 二轴晶B xa或B xo不可能是N m（）14. 一轴晶光率体的光轴始终是竖直的（）15. 二轴晶光率体的N g始终是竖直的（）16. 一轴晶N e与Z轴始终一致，二轴晶N g与Z轴始终一致( )17. 二轴晶三个光率体主轴一定与三个结晶轴一致（）18. 一轴晶光轴（N e）始终是竖直的，二轴晶光轴面（OAP）则始终是竖直的（）19. 二轴晶斜方晶系N g 、N m、N p与X、Y、Z轴一致（）20. 二轴晶单斜晶系一定是N m =Y（）单偏光镜下晶体光学性质1. 解理缝一般是暗色细缝（）2. 当解理面与薄片垂直时解理缝最清楚（）3. 某矿物切面见不到解理缝，说明该矿物一定不发育解理（）4. 辉石和长石都发育两组解理，薄片中辉石见到解理的机会少，而长石机会多（）5. 手标本上见到某矿物有颜色，则薄片中一定也有颜色（）6. 均质体矿物在薄片中一定无多色性（）7. 非均质体矿物在薄片中一定有多色性（）8. 薄片中矿物有颜色的切面一定有多色性（）9. 有多色性矿物的没有多色性的切面一般是光率体圆切面（）10. 有多色性的一轴晶只有N e N o面上有多色性，二轴晶只有N g N p面上有多色性（）11. 电气石纵切面平行十字丝纵丝时，所见的颜色是N o（）12. 黑云母解理缝平行十字丝纵丝时，所见的颜色是N p（）13. 普通角闪石（010）面上多色性最明显，可以见到N g和N p的颜色（）14. 普通角闪石（001）面上可以见到两组解理，其锐夹角方向为N m的颜色（）15. 普通角闪石（100）面上只能见到一组解理，也可以见到N m的颜色（）16. 在薄片中某矿物颗粒贝克线在该矿物一侧，则该矿物Ｎ一定＞1.54（）17. 矿物突起越高，Ｎ越大，突起越小，Ｎ越小（）18. 提升物台时，贝克线向折射率大的物质方向移动（）19. 所有非均质体切面都具有闪突起（）20. 所有非均质体椭圆切面都具有闪突起（）正交偏光镜下晶体光学性质（一）１.正交偏光间全消光的矿物颗粒一定是均质体（）２.正交偏光间出现“四明四暗”现象的颗粒一定是非均质体（）３.正交偏光间某矿物所有切面都呈全消光，该矿物一定是均质体（）４.非均质体所有切面都可以见“四明四暗”现象（）５.干涉色与单偏光镜下颜色的形成原理类似（）６.干涉色与光程差是一一对应的，只要干涉色颜色种类一样，则光程差一样（）７.灰色和黄色干涉色一定属于Ⅰ级干涉色（）８.蓝色和绿色干涉色至少是Ⅱ级或以上干涉色（）９.相邻色序对比，紫红对应的光程差一定小于蓝对应的光程差（）１０.同一级别内，紫红对应的光程差也一定小于蓝对应的光程差（）１１.同一薄片中，具有不同干涉色的颗粒，一定是不同种矿物（）１２.同一薄片中，具有相同干涉色的颗粒，一定是同一种矿物（）１３.每一种非均质体矿物，只有一种干涉色（）１４.每一种非均质体矿物，只有一种最高干涉色（）１５.具有最高干涉色的切面一定平行光轴（）１６.平行光轴的切面，一定具有最高干涉色（）１７.单偏光下具有闪突起的矿物颗粒，正交偏光下其干涉色一般比较高（）１８.石英为一轴晶，N o =1.544, N e=1.553，标准薄片厚度下，最高干涉色是Ⅰ级紫红（）１９.方解石为一轴晶，N o=1.658, N e=1.486，最高干涉色达到高级白（）２０.某二轴晶矿物，N g=1.705, N m=1.70, N p=1.693,垂直Bxa切面干涉色是灰色（）正交偏光镜下晶体光学性质（二）１.补色法则中，光率体半径同名平行时，结果干涉色一定比矿片原来的高（）２.补色法则中，光率体半径异名平行时，结果干涉色一定比矿片原来的低（）３.某矿物颗粒干涉色为灰色，加石膏试板后，一个45°位变为蓝，另一个45°位变为黄，干涉色都比原来的高，所以两个45°位都是光率体半径同名平行（）４.某颗粒干涉色为灰色，加石膏试板后，一个45°位变为蓝，那另一个45°位一定变为黄（）５.某颗粒加石膏试板后，一个45°位变为蓝，另一个45°位变为黄，那原来的干涉色一定是灰（）６.某颗粒加石膏试板后，一个45°位变为蓝，另一个45°位变为灰，那原来的干涉色一定是黄（）７.某颗粒干涉色加石膏试板后，两个45°位都变为绿色，说明原来的干涉色一定至少为Ⅱ级（）８.某颗粒干涉色加石膏试板后，只要有一个45°位变为Ⅰ级，说明原来的干涉色一定不超过Ⅱ级（）９.原干涉色为蓝色，加云母试板后，升高位一定变成绿色，降低位一定变成红色（）１０.某矿物颗粒，加云母试板后，一个变成红，另一个变成绿，原来的干涉色一定是蓝色（）１１.原干涉色为黄色，加云母试板后，升高位一定变成红色，降低位一定变成绿色（）１２.某矿物颗粒，加云母试板后，一个变成红，另一个变成绿，原来的干涉色一定是黄色（）１３.一轴晶矿物平行C轴切面为平行消光（）１４.单斜晶系矿物普通角闪石N m =b，其平行（100）的切面是平行消光，平行(010)的切面是斜消光，平行（001）的切面是对称消光（）１５.正光性矿物一定是正延性，负光性矿物一定是负延性（）锥光镜下晶体光学性质（一）１.正交镜下全消光的矿物切面，在锥光镜下也全消光（）２.只有光率体切面为椭圆的矿物颗粒，在锥光镜下才有干涉图（）３.一轴晶垂直光轴切面干涉图就是一个黑十字（）４.正交镜下最高干涉色越高的矿物，其垂直OA切面干涉图干涉色色圈越多（）５.单偏光镜下具有闪突起的矿物，其垂直OA切面干涉图干涉色色圈一般比较多（）６.一轴晶垂直OA切面，波向图中切线方向为N o，放射线方向为N e（）７.一轴晶垂直OA切面，波向图中放射线方向一定为光率体椭圆长半径方向（）８.某一轴晶矿物颗粒在锥光下出现一黑十字，且四个象限均为灰色，现插入石膏试板，发现一、三象限变成蓝色，二、四象限变为黄色，该矿物为负光性（）９.根据上题，把石膏试板换成云母试板，则第一、三象限干涉色变为黄色（）１０.具有多圈干涉色色圈的垂直OA干涉图，从中心向外干涉色逐渐升高，加入石膏试板后，干涉色仍然从中心向外逐渐升高（）１１.具有多圈干涉色色圈的垂直OA干涉图，加入石英楔试板后，发现二、四象限干涉色色圈连续向外移动，该矿物为正光性（）１２.偏心干涉图一般只见黑十字一条横臂或一条竖臂，均无法判断视域外黑十字中心的位置（）１３.当视域内见一条横臂，顺时针转物台，其向上移动，说明黑十字中心在视域右侧（）１４.当视域内见一条竖臂，顺时针转物台，其向左移动，说明黑十字中心在视域下方（）１５.当视域内见一条竖臂，逆时针转物台，其向左移动，继续逆时针转动物台，当该竖臂转到离开视域后，则下一步将会看到一条横臂从上方进入视域（）１６.接上题，当看到一条横臂从上方刚进入视域时，插入石膏试板，若视域的颜色由灰色变成蓝色，其光性符号为正（）１７.具有闪图干涉图的矿物颗粒，去掉锥光系统后，在正交镜下，一般具有比较高的干涉色（）锥光镜下晶体光学性质（二）１.二轴晶垂直Bxa切面干涉图45°位时，两个弯曲黑带顶点连线为光轴方向（）２.二轴晶垂直Bxa切面干涉图的色圈，也是以黑十字交点为中心的同心园色圈（）３.二轴晶垂直Bxa切面干涉图中，两个弯曲黑带顶点连线为N g N p面迹线方向（）４.二轴晶正光性垂直Bxa切面干涉图与负光性垂直Bxo切面干涉图一样（）５.二轴晶垂直Bxa切面干涉图中，两个弯曲黑带顶点凸方连线方向为Bxo投影方向（）６.二轴晶垂直Bxa切面干涉图中，两个弯曲黑带顶点凹方连线方向为Bxa投影方向（）７.二轴晶垂直Bxa切面干涉图中，与两个弯曲黑带顶点连线方向相垂直的方向始终为光轴方向（）８.二轴晶垂直Bxa切面干涉图中，弯曲黑带在Ⅱ、Ⅳ象限时，加试板后，Ⅰ、Ⅲ象限干涉色变化一致，Ⅱ、Ⅳ象限凸方与凹方干涉色变化也一致（）９.垂直Bxa切面干涉图，弯曲黑带在Ⅰ、Ⅲ象限的45°位时，从Ⅱ、Ⅳ象限插入石膏试板，弯曲黑带顶点之间干涉色由灰变蓝，其光性符号是负（）１０.垂直Bxa切面干涉图（色圈多），弯曲黑带在Ⅰ、Ⅲ象限，从Ⅱ、Ⅳ象限插入云母试板，两个弯曲黑带凹方各出现一个对称的小黑团，其光性符号是正（）１１.接上题，若使用石英楔代替云母试板，弯曲黑带顶点之间干涉色圈连续向内移动（）１２.二轴晶垂直OA切面干涉图与一轴晶垂直OA切面干涉图很类似（）１３.二轴晶垂直OA切面干涉图相当于垂直Bxo切面干涉图的一半（）１４.二轴晶垂直OA切面干涉图45°位时，加试板后，弯曲黑带凸方与凹方干涉色变化正好相反（）１５.二轴晶垂直Bxo切面干涉图，也会出现一个粗大黑十字，也叫闪图（）１６.二轴晶垂直Bxo切面干涉图与垂直Bxa切面干涉图类似，只是中心出露轴不同（）１７.二轴晶矿物N g N p面干涉图一定为闪图；反过来，具有闪图特点的切面，一定是N g N p面（）１８.二轴晶闪图干涉图，去掉锥光系统后，在正交偏光间具有该矿物最高干涉色（）１９.二轴晶垂直Bxa切面干涉色一定低于垂直Bxo切面干涉色（）２０.二轴晶垂直Bxa切面与垂直Bxo切面干涉色的相对高低，视光性不同而不同（）填空题1.某矿物为一轴晶，平行c轴方向振动的折射率为1.553，垂直c轴方向振动的折射率为1.544，则该矿物Ne= ，No= ，光性为，最大双折率为，最高干涉色为。

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。

（17）全反射临界角：入射光线的全部能量以反射光的形式全部返回入射介质的入射角。

《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。

晶体光学及光性矿物学Crystal Optics & Optical Mineralogy(48学时)任课教师：王连训副教授助教：李乐广、徐晓波（硕士生）矿物岩石学国家级教学团队中国地质大学（武汉）地球科学学院“…我的晶体光学就是池际尚教授讲的，她不是仅仅讲一堂课，而是整整给我们讲了半年。

至今，我都清清楚楚地记得她的音容笑貌，她讲的是那么清楚、那么深刻，甚至费氏台的操作她都自己进行…”—温家宝，2005年9月9日我校岩石学科奠基人池际尚教授为本科生讲授晶体光学课程(1964年)光与晶体的“美丽邂逅”When light and crystal meet…◆晶体光学：研究可见光通过透明矿物晶体产生的光学现象及其变化规律的学科。

◆光性矿物学：用透射偏光显微镜研究透明矿物光学性质的学科。

偏光显微镜岩石切片，厚30µm研究对象：岩石矿物薄片光学研究方法广泛应用于地球科学、珠宝鉴定、资源勘查、材料科学、工程、制造业、食品工业、医学、制药、环境科学、刑侦等领域。

为什么要学习这门课程？泰米尔“红宝石”红色尖晶石与红宝石文物研究及保护混凝土性能分析岩石矿物鉴定矿石分析聚合物材料研究采样岩石薄片制备流程切割研磨，抛光制片教材Textbook 参考书Reference Books中国地质大学出版社，2017科学出版社，2008地质出版社，2005南京大学出版社，2009英文参考书及图册常丽华等编著地质出版社，2006Oxford University Press William Nesse ,20134th edition理论课（7次，14学时）1.晶体光学基础理论2.单偏光镜下的晶体光性特征3.正交偏光镜下的晶体光性特征（上）4.正交偏光镜下的晶体光性特征(下)5.锥光镜下的晶体光性特征（上）6.锥光镜下的晶体光性特征（下）7.系统鉴定及光性矿物学基础课程内容安排Syllabus实习课安排（17次）Practical Classes光性矿物学部分⚫系统鉴定：角闪石⚫橄榄石类⚫辉石类⚫石英、云母类矿物⚫碱性长石、斜长石⚫碳酸盐矿物⚫未知薄片矿物鉴定（实践考试）晶体光学部分⚫偏光显微镜的构造与使用⚫解理、多色性⚫突起等级、贝克线⚫消光、补色法则、干涉色级序⚫消光类型、消光角、延性⚫一轴晶干涉图、二轴晶干涉图成绩评定方法Performance assessment理论部分（晶体光学）实践部分（光性矿物学）评定方法闭卷考试平时成绩未知鉴定占总评比例35%30%35%晶体光学基础理论Principles of Crystal Optics 一、光学基础知识◆光的波动性◆可见光、单色光与白光、自然光与偏光◆光的折射与折射率◆双折射和双折射率◆光的全反射和全反射临界角◆光性均质体与光性非均质体◆光波是一种电磁波，电磁波是一种横波。