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第三章晶体光学基础讲解

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第三章第一节 晶体的常识

第三章第一节 晶体的常识

第一节晶体的常识1、认识晶体和非晶体的本质差异,明白晶体的特征和性质。

2、了解获得晶体的途径。

3、明白晶胞的概念,学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法),能依照晶胞的结构确定晶体的化学式。

晶体与非晶体［学生用书Ｐ3５]1、晶体与非晶体的本质差异2３、晶体的特点(1)自范性①定义:晶体能自发地呈现多面体外形的性质。

②形成条件之一:晶体生长速率适当。

③本质原因:晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。

(2)各向异性:许多物理性质(强度、导热性、光学性质等)常常会表现出各向异性。

(3)有序性:外形和内部质点排列的高度有序、(4)熔点:有固定的熔点。

1、判断正误(正确的打“√”,错误的打“×")。

(1)晶体有自范性但其微粒排列无序、()(2)晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性。

()(3)晶体有固定的熔点、()(4)熔融态物质快速冷却即可得到晶体。

( )(5)熔融的硝酸钾冷却可得晶体,故液态玻璃冷却也能得到晶体。

( )(6)粉末状的固体也有估计是晶体。

( )答案:(１)×(2)× (3)√(4)× (5)× (6)√2、下列物质中属于晶体的是＿_______。

A、橡胶B、玻璃C、食盐ﻩD、水晶E、塑料ﻩF、胆矾解析:固体有晶体和非晶体之分,晶体是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律呈周期性有序排列构成的具有规则几何外形的固体,如食盐、冰、金属、水晶、大部分矿石等都是晶体;非晶体中内部粒子的排列则相对无序,如玻璃、橡胶等都是非晶体。

答案:CＤＦ1、晶体与非晶体的区别(1)依据是否具有自范性晶体具有自范性,能自发地呈现多面体的外形,而非晶体不具有自范性。

(２)依据是否具有各向异性晶体具有各向异性,在不同方向上质点排列一般是不一样的,而非晶体不具有各向异性。

(3)依据是否具有固定的熔、沸点晶体具有固定的熔、沸点,给晶体加热时,当温度升高到某温度时便马上熔化或汽化,在熔化过程中,温度始终保持不变,而非晶体没有固定的熔、沸点。

第三章 晶体学基础优秀课件

第三章 晶体学基础优秀课件

晶体： 周期性有序排列 （金属、大部分无机非金属）
非晶体： 进程有序、远程无序 （玻璃、树脂、塑料）
晶体的几何多面体形态，是其格子构造在外形上的直接反映！
5、单晶与多晶
晶体
晶体
金 刚石
同样是晶体材料
单晶：在整块材料中，原子都 是规则地、周期性的重复排列 的，一种结构贯穿整体。
特点：规则的几何外形 各向异性
面网
平行六面体
❖ 晶面：可将晶体点阵在任意方向上分解 为相互平行的节点平面。
❖ 晶面族：对称性高的晶体中，不平行的 两组以上的晶面，它们的原子排列状况 是相同的，这些晶面构成一个晶面族。
❖ 晶向：也可将晶体点阵在任意方向上分 解为相互平行的节点直线组，质点等距 离的分布在直线上。
❖ 晶向族：晶体中原子排列周期相同的所 有晶向为一个晶向族。
紧密堆积中球数和两种空隙间的关系：
八面体空隙 由6个球组成
四面体空隙 由4个球组成
晶格常数a与原子/离子半径R的关系
以面心立方例： 2Ra2/4/3R42/3R3/820.8 R
则有：4R=晶体 R=晶体
晶体结构 基本概念
堆积类型
a面心立方最密堆积
六方最密堆积
最密堆积
体心立方密堆积 非最密堆积
α=β=90°γ=120° α=β=γ≠90°
α≠β≠γ≠90°
❖ 举例
区别几何要素与实际晶体结构
❖ 阵点 行列 网面 平行六面体 空间点阵（格子） ❖ 基元 晶向 晶面 晶胞 晶格
2、 结晶学指数
❖ （1）晶向指数
❖ 表示晶向（晶棱）在空间位置的符号。 晶向符号只规定晶向而不涉及它具体的位置， 因而任何晶向（棱）都可平移到坐标0点， 故确定的步骤为： ● 选定晶轴X、Y、Z和a、b、c为轴单位；

第三章晶体光学基础

第三章晶体光学基础
空气的折射率为1.003即光在空气中的传播速度与真空中相近，通
常把空气折射率近似看作1。
Vi/Vr=Ni/Nr
从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小。晶
体中光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于1。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
3、折射率色散
定义：同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异
对于确定介质来说，折射率值为常数。
按光率体作图法，其图形为一球体， 任意一个通过光率体中心的切面为一圆形。
晶体光学基础
第二节 光率体
三·一轴晶光率体
1、光率体的构成
当光线垂直石英C轴入射，振动方向垂直C轴，N＝1.544，（No常光）。振 动方向平行于C，N＝1.553，（Ne为非常光）。 以此二线段构成椭圆的两轴，以Ne为旋转轴，得一旋转椭球体，即 为一轴晶光率体（正光性）。 这种光率体特点：其旋转轴为长轴（光轴），光线沿光轴方向振动 的折射率值大，垂直光轴方向振动的折射率值最小。

光率体是一立体图形，是从光波振动方向与相应的折射率的实际 测量中抽象得出的概念，它形状简单，应用方便，是解释一切晶 体光学现象的基础。

各类晶体的光学性质不同，光率体亦不同
晶体光学基础
第二节 光率体
二·均质体光率体
光波在均质体中传播，其传播速度不因传播方向的改变而改变 自然光入射后也不发生双折射，

sini/sinr=Vi/Vr=N
式中 Vi:光在入射介质中（介质1）的传播速度，i:入射角 Vr光在折射介质中（介质2）的传播速度，r:折射角 N:折射介质对入射介质的折射率
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播

《晶体光学》课件2

《晶体光学》课件2

随着信息科学技术的快速发展，晶体光学与信息科学的交叉研究也越来越受到关注。例如，利用晶体光学原理，可以实现高速、高精度、高稳定性的光学信息处理和传输，为未来的通信和计算技术提供新的解决方案。
晶体光学在生物医学领域也有着广泛的应用前景。例如，利用晶体光学原理可以研究生物组织的结构和功能，为医学诊断和治疗提供新的手段。同时，晶体光学也可以用于药物研发和生物成像等领域，为生物医学研究提供新的工具和思路。
晶体光学在制造各种光学仪器中发挥着重要作用，如棱镜、透镜等。
晶体光学材料可作为激光介质，用于制造各种激光器。
在光纤通信领域，晶体材料可用于制造光波导等关键器件。
光学仪器制造
激光技术
通信技术
早在文艺复兴时期，科学家们就开始研究晶体的光学性质。
19世纪，费迪南德·布律内尔的研究为晶体光学的发展奠定了基础。
加强与其他学科领域的交叉融合，推动晶体光学在新型材料、光子器件、光电子学等领域的应用研究，促进相关领域的发展。
加强国际合作与交流，引进国外先进的理论和技术，提高我国晶体光学研究的整体水平。
谢谢您的聆听
THANKS
光学通信技术是现代通信领域的重要发展方向，而晶体光学在其中扮演着重要的角色。例如，利用晶体光学的原理可以实现光信号的调制、解调、滤波等功能，提高通信系统的传输速度和稳定性。
晶体光学理论为光学通信技术的发展提供了重要的理论支持，促进了通信技术的不断创新和进步。
生物医学成像技术是医学领域的重要应用，如常见的X射线、CT、MRI等技术，都需要利用晶体光学原理来实现图像的获取和解析。
晶体光学理论在生物医学成像技术的发展中发挥了重要作用，为医学诊断和治疗提供了更加准确和可靠的工具。
晶体光学的研究进展与未来展望

高二化学选修3第三章第一节《晶体的常识》课件

高二化学选修3第三章第一节《晶体的常识》课件
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第三章 晶体结构与性质
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第一节 – 第二级 • 第三级
晶体的常识
– 第四级
» 第五级
1
1/2/2021 6:51 PM
1
明 单击此处编辑母版标题样式
矾
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– 第二级
• 第三级
观察– 第图四片级：下列固体的几何外形有何区别？？学.科.网
【学习重难点】
【1/2重/20点21】6:晶51 体PM的性质； 【难点】晶胞中原子个数的计3算。
单击此处编辑母版标题样式
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– 第二级
• 第三级
– 第四级 » 第五级
水晶石
4
1/2/2021 6:51 PM
4
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– 第二级
• 第三级
– 第四级
猫眼石
» 第五级
黄绿宝水石 晶
7
1/2/2021 6:51 PM
7
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– 第二级
• 第三级
– 第四级 自然界中美丽的雪花 » 第五级
8
1/2/2021 6:51 PM
8
一、晶体和单非击晶体此处编辑母版标题样式
1.定义：晶体——具有规则几何外形的固体
11
（3）晶体具有固定的熔点。
1/2/2021 6:51 PM
11
一、晶体和单非击晶体此处编辑母版标题样式
(4)规则的晶体外形
• 单许击多此固体处粉编末辑用母肉版眼文看本不到样晶式体外形,但在光学显微镜下
–可第观二察级到规则的晶体外形。

材料研究方法--晶体光学基础

材料研究方法--晶体光学基础

二轴晶光率体
光性：正负取决于Bxa是Ng 还是Np Bxa = Ng （+） Bxa = Np （-） Bxa究竟是Ng还是Np取决于Ng、Nm、Np相 对大小
tgV = Nm − N p N g − Nm
（+）
tgV =
N g − Nm Nm − N p
(-)
二轴晶光率体
一轴晶光率体是二轴晶光率体2V=0时的 特殊情况。 物理量的渐变导致晶体光学性质发生质 变的过程。
画有黑点的纸分别放在玻璃和冰洲石下，垂直往下看： 玻璃：1个点；转动玻璃，点的位置不动。 冰洲石：2点（点的距离与冰洲石厚度有关）；转动冰 洲石，1点不动，1点随之转动。
光性均质体
等轴晶系的晶体和非晶体的光学性质在各 方向相同，称为光性均质体，简称均质体。 光波在均质体中传播时： ① 传播速度不因振动方向而发生变化。 ② 折射率值只有一个。 ③ 光波射入均质体中，其固有性质不变。
光的折射(refraction) 光的折射
折射介质对入射介质的相对折射率N 。 把真空作为入射介质，任何介质对真空 的折射率称为绝对折射率，简称折射率。 光线在介质中的传播速度与介质的折射 率成反比。 N值的大小反映介质对光波折射的本领。 折射率色散：同一介质的N因光波的波长 而异。对于同一介质，波长与N成反比。
一轴晶光率体
一轴晶是属于中级晶族各晶系的晶体， 宏观对称的共同特点是只有一根高次轴。 水平结晶轴单位相等，水平方向上光学 性质相同。光线沿高次轴方向和垂直于 高次轴的方向入射，所显示的光学性质 不同。 o光与e光⊥振动，o光⊥光轴振动， e光在入射光与光轴组成的平面内振动
一轴晶光率体（石英、方解石） 一轴晶光率体（石英、方解石）
自然光与偏振光

《晶体光学》课件

《晶体光学》课件

晶体光学的基本原理
光的波动理论
光在晶体中传播时，由于晶体的特殊 结构，光的电场和磁场分量会受到不 同的影响，从而产生折射、反射、衍 射等现象。
光的量子理论
光与物质相互作用时，光子与晶体中 的电子相互作用，产生光电效应、光 磁效应等量子现象。
晶体光学的应用领域
光学仪器设计
激光技术
晶体光学原理被广泛应用于各种光学仪器 和设备的设计与制造，如眼镜、望远镜、 显微镜等。
《晶体光学》课件
目录
• 晶体光学概述 • 晶体光学基础知识 • 晶体光学现象 • 晶体光学实验技术 • 晶体光学发展前沿与展望
01
晶体光学概述
晶体光学的定义与重要性
01
晶体光学是一门研究晶体对光的 传播、折射、反射、衍射等特性 的学科，是光学领域的重要分支 。
02
晶体光学在科技、工业、医学等 领域具有广泛的应用，对于推动 科学技术进步和人类社会的发展 具有重要意义。
新型晶体材料在光学器件、激光器、传感器等领域有着广泛的应用，如利用拓 扑晶体制作新型光子器件，提高光子操控能力；利用钙钛矿晶体制作高效太阳 能电池，实现清洁能源的高效转化。
晶体光学与其他领域的交叉研究
晶体光学与量子信息
量子信息领域的发展为晶体光学提供 了新的研究思路和方法，如利用量子 纠缠和量子干涉等量子效应，实现更 高效的光子操控和信息传输。
光学显微镜
用于观察晶体光学现象和特征 ，是晶体光学实验的基本设备
。
偏光棱镜
用于产生偏振光，是晶体光学 实验中常用的光学元件。
干涉显微镜
用于观察干涉现象和测量晶体 光率体，是研究晶体光学性质
的重要工具。
其他附件
如光源、快门、滤色片等，用 于调节和控制实验中的光线。

第3章 晶体在外场作用下的光学性质 1

第3章 晶体在外场作用下的光学性质 1

+
ε3
2 x3
=1
式中x1、x2 、x3为晶体的介电主轴坐标系，n1、n2、 n3为晶体的三个主折射率值，ε1、ε2、ε3为晶体介电张 量的三个主值。
17
3.2 电光效应
电光效应引起晶体折射率的改变可以用折射率 椭球面的变化来表示。这一变化可以视为椭球 面方程中各系数产生的微小的增量。通常把有 外电场存在时的折射率椭球方程改写为 式中
9
3.1 晶体光学简介
光线在中级晶族的晶体中传播时，会发生双折 射现象。然而，存在一个特殊的传播方向；在 这个方向，偏振方向互相垂直的任意两个线偏 振光的折射率和位相速度都相同，这个特殊方 向称为晶体的光轴。可见，沿着光轴方向传播 的光不发生双折射。中级晶族对应的晶体都只 有一个光轴，因此称为单轴晶体。如：冰洲石、 石英、红宝石、冰等。
7
3.1 晶体光学简介
4、三大晶族及特性 1）高级晶族 立方晶系属于高级晶系，具有最高的对称性。 立方晶系在光学上表现为各向同性，即 ε1=ε2=ε3=n2。
8
3.1 晶体光学简介
2）中级晶族 三方晶系、四方晶系和六方晶系都属于中级晶族，它 们的高次旋转轴就是光轴。中级晶族的介电张量具有 旋转对称性(ε1=ε2 ε3≠ )，在光频条件下，ε1=ε2＝ ， 2 2 ε2＝no 。no称为寻常折射率；ne称为异常折射率。当 ne 光线具有不同的偏振方向时，寻常折射率不变。值得 注意的是，不同偏振方向的电磁波对应的异常折射率 并不等于ne，而是随偏振方向与光轴间夹角的变化而 变化。
27cossinsincoscossinsincoscossinsincoscossinsincossincoscossincossinsincoscossincossin公式31可见kdp晶体沿z轴加电场时由单轴晶体变成了双轴晶体折射率椭球的主轴绕z轴旋转了45角此转角与外加电场的大小无关其折射率变化与电场成正比这是利用电光效应实现光调制调q锁模等技术的物理基础

晶体光学必备知识点

晶体光学必备知识点

晶体光学-必备知识点以上是吉林大学鸽子楼老师多年课件总结经典内容。

第一章晶体光学基础晶体光学涉及某些重要的物理光学原理和结晶矿物学基础知识，本章要求学生重点掌握光的偏振现象、折射及折射率、光在晶体中的传播特性、晶体中的双折射现象、光率体和光性方位。

其中重点是晶体中的双折射现象和光率体的构成；难点是光性方位。

一、光的基本性质及有关术语·光具有“波粒”两相性。

晶体光学主要利用的是光的波动理论。

·光波是一种横波。

光的传播方向与振动方向互相垂直。

晶体中许多光学现象与此有关。

·可见光：电磁波谱中波长范围390—770nm的一个区段，由波长不同的七色光组成。

·自然光：在垂直光波传播方向的断面内，光波作任意方向的振动，且振幅相等。

·偏振光：在垂直光波传播方向的断面内，光波只在某一固定方向上振动。

自然光转化为偏振光的过程称偏振化。

·折射定律：Sin i（入射角）/ Sin a（折射角）= V i（入射速度）/ V a（折射速度）=N i-a N i-a为介质a对介质i的相对折射律。

当介质i为真空时，N i-a称介质的(绝对)折射律，以N表示。

N是介质微观特征的宏观反映，是物质的固有属性之一，因此它是鉴定矿物的重要光学常数之一。

·全反射临界角和全反射：当光波从光密介质入射到光疏介质时，入射角i总是小于折射角a ，当a = 90 °时，i =φ，此时入射角φ称为全反射临界角。

当入射角i> φ时，折射光波不再进入折射介质而全部返回到入射介质，这种能量的突变称为全反射。

二、光在晶体中的传播根据光在物质中的传播特点，可以把自然界的物质分为光性均质体和光性非均质体。

性均质体：指光学性质各方向相同的晶体。

包括等轴晶系的矿物和非晶质物质。

·光波在均质体中的传播特点：光的传播速度不因光的振动方向不同而发生改变（各向同性），联系折射定律可知，均质体的折射率只有一个。

第三章 单偏光镜下的晶体光学性质

第三章 单偏光镜下的晶体光学性质
的凹凸不平，覆盖在矿片之上的加
拿大树胶折射率又与矿片折射率不
同。当光线通过二者之间的界面时，
发生折射，甚至全反射作用，致使
矿物表面的光线集散不一，而显得
明暗程度不相同，给人以粗糙的感
觉。
矿物的糙面原因
因此，糙面的明显程度取决于矿物折射率与树胶折
射差值的大小及矿物表面的光滑程度。一般是二者折射
率差值愈大，矿物表面的光滑程度愈差，其糙面愈明显。
图3-2C
一、单偏光镜的装置及特点
4、当矿片上的光率体椭圆切面半径
与pp斜交时(图3-2D) ，由下偏光镜透
出的振动方向平行pp的偏光，进入
矿片后，发生双折射，分解形成两
种偏光，其振动方向分别平行矿片
上的光率体椭圆切面的长短半径的
方向，折射率值等于椭圆长短半径。
图3-2D
二、单偏光下观察的内容：
§2.2 矿物的多色性及吸收性
非均质体矿物对光波的选择吸收和吸收总强度是随方向而 异。矿片颜色变化的现象称为多色性；颜色深浅变化的现象称 为吸收性。
Ms
Bi
图3-8 黑云母多色性和吸收性现象
§2.3 矿物的边缘
岩石薄片中，在两种折射率不同的物质接触处，可以看到 一条比较黑暗的界限，称矿物的边缘，其明显程度，取决于相 邻两物质折光率的差别。
质、以及与矿物折射率相对大小有
光的光学性质。
图3-1 单偏光镜的简单装置示意图
一、单偏光镜的装置及特点
单偏光镜的特点，可以分以下四 种情况：
1、自然光波，通过下偏光镜之
后，变成振动方向平行下偏光镜
振动方向pp的偏光(图3-2 A)
图3-2A
一、单偏光镜的装置及特点
2、如果载物台上放置均质体或非均 质体垂直光轴的矿片时，这类矿片 的光率体切面为圆切面，由下偏光 镜透出的振动方向平行pp的偏光， 进入矿片后，沿任一圆半径方向振 动通过矿片，不改变原来的振动方

3晶体光学基础

3晶体光学基础
22
现以石英和方解石为例，说明一轴晶光率体的构成：
⑴一轴晶正光性光率体（石英）
A、当光∥Z轴入射时，无双折射，⊥Z轴的各振动方向N均为 1.544（No），以No为半径，构成一个⊥Z轴的圆切面。 B、当光波⊥Z轴入射时，分解 为振动方向⊥Z轴的No和∥Z轴
的Ne＝1.553，构成一个∥Z轴的
椭圆切面。垂直Z轴的其它任何 方向射入的光线均可构成相同的
8
同一介质的折射率视所用光波的波长而异，这种性质称为
折射率色散。
对于同一介质，入射光波波长与折射率成反比关系。
为了不受色散影响，测定N应在单色光中进行，通常都是
利用589.5nm的黄色光。
实践证明，在晶体光学研究中，折射率值是鉴定透明矿物
晶体最可靠的常数之一。
白 光
i
r
色 散 光
9
2、全反射及全反射临界角
7
二、光的折射和全反射
1、折射及折射率
N=Vi / Vr =sini /sinr ， N 为 折射介质对入射介质的相对折射 率。若入射介质为真空，则N为折 射介质的绝对折射率。 常把空气的折射率视为1 （1.00029）。
i
n1(光疏质) n2(光密质)
r
光在其它介质中传播速度总是小 于真空中的速度，故其它介质的 折射率总大于1。
1）一轴晶晶体的水平结晶轴单位相等，水平 方向上的光学性质相同。 2）一轴晶光率体是一个以C轴为旋转轴的旋 转椭球体。 3）一轴晶光率体有正负之分。正光性光率体 旋转轴为长轴，负光性旋转轴为短轴。



27

(4)光性正负的判断




一轴晶的光率体是一旋转椭球体，其旋转轴为Ne 轴。水平轴为No轴。 Ne与No代表一轴晶矿物折射率的最大值与最小值， 称为主折射率。 Nmax一般以Ng表示，Nmin以Np表示 当Ng＝Ne，Np＝No时为正光性 当Ng＝No，Np＝Ne时为负光性 Ng与Np之差（Ng－Np）是一轴晶矿物的最大双 折射率。

(整理)晶体光学基础图示3

(整理)晶体光学基础图示3

晶体光学基础知识日光、灯光、烛光等是自然光。

日光为红橙黄绿蓝青紫的混合光。

太阳光照到、通过三角形棱可以分离出这七种单色光(汪，p56)，单色光都有确定的波长(范围)之间，单色光之间是逐渐过渡的。

从红光波长770nm至紫光波长390nm(黄光波长580nm)为可人眼可见光的范围。

光是电磁波，可见光为电磁波谱中的一小部分(汪，p2)。

可见光在电磁波谱中的位置光波像一般波一样，有波峰波谷，一个波峰连着一个波谷为波长(汪，p1)，波峰和波谷的高为振幅，光波一波又一波不断重復向前传送，若令每一波从波谷至波峰中点为0值向峰值1变化，再向0值变化，最后抵谷值－1，这种变化服从正弦周期変化规律。

所谓相位即指在一个波中某点的瞬时位置，如－1/4波长就位于波谷。

光波掁动方向垂直光的传播方向，为横波。

光在真空、空气、水、玻璃等介质中作直线传播，但速度有所不同：光速在真空中3.0×108m/s(空气近似于真空)，在水中为其3/4，在玻璃中速度更小。

光传播速度快的介质为光疏介质，反之为光密介质。

水相对于空气为光密介质，相对于玻璃/晶体为光疏介质。

光折射和全反射(汪，p4)( 林，p8图)折射率(汪，p5)N＝sini/sinr＝Nr/ Ni絕对折射率sini/sinr＝co/Vr＝N相对折射率sini/sinr＝Vi/Vr＝Nsinr/sini＝Vr/ Vi＝Ni/Nr真空折射率为1，空气折射率1.00029，光在其他液体和固体介质中传播速度总是小干真空中的传播速度，故晶的折射率大于1，大多数透明矿物折射率介于1.3-2.4之间。

折射率反映老光在介质中传播速度，传播速度越大(越快) ，折射率越小；反之，传播速度越小，(越：慢) ，折射率越大。

折射率的大小隨晶体结构紧宻程度而降低：由岛状橄榄石-单链辉石-双链角闪石-层状云母-架状长石，折射率逐渐下降。

均质体只有一个主折射率，非均质体一轴晶有两个主折射率Ne，No，二轴晶有三个主折射率Ng，Nm，Np。

晶体光学基础

晶体光学基础

最大双折射率
• 一轴晶的最大双折射率：当入射光波垂直C轴时， 分解后两种光波的双折射率最大 • 二轴晶的最大双折射率：当光波垂直两个光轴所 构成的平面入射时，入射光波分解后两种光波的 双折射率最大 • 每种非晶质体矿物都有一个最大双折射率。
光率体
• 定义：表示晶体中光波的振动方向与其相对应的 折射率之间关系的立体几何图形。可以是球体和 椭球体。 • 从球体或椭球体中心至球面任一点的连线（或半 径）表示该振动方向的折射率值 • 非晶质体和高级晶族的光率体为圆球体。 • 中级晶族（一轴晶）的光率体为旋转椭球体 • 低级晶族（二轴晶）的光率体为三轴椭球体
光率体要素
• • • • • • 三个主轴 三个主轴面 两个圆切面 两个光轴 一个光轴面 光轴角：两光轴相交的锐角，用光性方位
• 光性方位：光率体在晶体中的方位，以 光率体主轴与晶体结晶轴之间的相互关 系表示。 • 等轴晶系矿物的光性方位：光率体为通 过结晶轴中心的圆球体
中级晶族矿物的光性方位
• 无论光性正负，Ne轴总是与高次对称轴 一致
低级晶族矿物的光性方位
• 斜方晶系：光率体三个主轴分别与三个 结晶轴一致，不同矿物其光率体与结晶 轴的对应组合不同，这种组合是矿物的 重要鉴定特征。 • 单斜晶系：光率体一个主轴与晶体的b轴 一致，其他两个主轴与a、c轴相交 • 三斜晶系：光率体三个主轴与晶体三个 结晶轴斜交
色散
• • • • • • 白光可分解为七个不同波长的单色光 波长不同，折射率也不同，从而产生： 折射率色散： 双折射率色散 光率体色散 有些矿物色散现象很严重，可以导致光性的改 变：例如铜铀云母，对于黄、橙、红光为正光 性；对于绿光为均质体；对于篮、青、紫光为 负光性
偏光显微镜
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晶体光学基础
第二节 光率体 三、二轴晶光率体
1、二轴晶光率体的形状 低级晶族属于二轴晶，这类晶体有大中小三个主折射率 主折射率分别与空间相互垂直的三个振动方向相当，符号Ng、Nm、Np， 其他振动方向相当的折射率递变于Ng、Nm、Np之间。分别以Ng'、Np'表示即： Ng>Ng'>Nm>Np'>Np
3、光性正负及光轴角大小
包含二光轴的切面称为光轴面（即NｇNｐ面）。以符号AP表示。 过中心垂直光轴面的直线称为光学法线（即Nｍ）。 二光轴所夹角称为光轴角，锐角符号2V，钝角符号2E。锐角平分线叫Bxa， 钝角平分线叫Bxo。 二轴光率体也有正负之分，区分正负光性以Nｇ或Nｐ为锐角平分线来定 Bｘａ＝Nｇ，Bｘｏ＝Nｐ：正光性 Bｘｏ＝Nｇ，Bｘａ＝Nｐ：负光性 以Nｇ、Nｍ、Nｐ的相对大小，也可判断光性正负 当Nｇ－Nｍ>Nm－Np时，则Bxa＝Ng，正光性 当Ng－Nm<Nm－Np时，则Bxa＝Np，负光性 2V的大小，可按下式求得：
第二节 光率体
4、一轴晶光率体的主要切面
镜下鉴定矿物时遇到的晶体各个方向的光率体切面，一轴晶光率体的主 要切面有三种 A·垂直光轴切面
垂直光轴切面形状为圆形，半径为No 光波垂直这种切面入射，不发生双折射，也不改变入射光波 的振动方向，折射率值为No 双折射率值为0，一轴晶光率体只有一组这样的切面。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
根据光波的振动特点，可见光可分为
自然光
偏光
由光波的振动方向及传播方向所构成的平面叫 振动面。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
2· 自然光
一切普通光源所发出的光都是自然光
它是光源中大量分子或原子辐射的电磁波的混合
在垂直光波传播方向的平面内，一切方向上都有 光振动，而且在宏观统计规律上各方向上的光振动
的大小是均匀的
自然光特征在垂直于光波传播方向的平面内各方 向都有振幅相等的光振动。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
3· 偏光
自然光经过反射、折射、双折射等作用，转变为只 有一个固定振动方向的光波，称为偏振光，简称偏光。 偏光振动面只有一个，因此以叫平面偏光。 晶体光学中主要是利用平面偏光，很少利用自然光 偏光显微镜研究晶体时是把自然光经过折射或选择 性吸收作用转变为偏光。
晶体光学基础
第二节 光率体
4、二轴晶光率体的主要切面
A· 垂直光轴的切面
切面圆形，光线垂直（平行光轴）入射，此 面上任意方向振动的折射率相等，都为No， 无双折射
B· 平行光轴面的切面
平行光轴面的切面即NgNp主轴面，为椭圆 切面，长短半径分别为Ng、Np，光垂直 入射（沿Nm方向），发生双折射，振动 方向分别平行于Ng、Np，折射率分别为 Ng、Np，双折射率为Ng－Np，为二轴晶 最大双折射率。
晶体光学基础
第二节 光率体
B·平行光轴切面
切面为椭圆，长短轴分别为Ng及Np（正光性时长轴为Ne，负光性时短轴 为Ne） 光波垂直入射（垂直光轴）发生双折射，分解成两束偏光，其振动方向
分别与椭圆的长短半径平行，折射率分别等于Ne及Np
此种切面上有最大双折射率Ng－Np
C·斜交切面
斜交切面仍为椭圆，长短半径分别为No及Ne‘，光波垂直此种切面入射，
对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。同一介质在紫光中测得 的折射率最大，在红光中测得的折射率最小 晶体的折射率色散能力，是指晶体在两种波长中测定的N值之差，差 值越大，色散能力越强，差值越小，色散能力越弱。如萤石色散能力弱， N紫－N红＝0.00686。金刚石色散能力强，N紫－N红＝0.05741 不同状态的介质，色散能力也有差异，液体色散能力较固体强 为了不受色散影响，测折射率宜在单色光进行，通常都利用黄色光
晶体光学基础
第二节 光率体
C·垂直Bxa的切面 正光性时相当于NmNp主轴面，负光性时相当于NmNg主轴面。 双折射值正光性时为Nm－Np，负光性时为Ng－Nm D·垂直Bxo切面 正光性时相当于NmNg面，负光性时相当于NmNp面 垂直此面的双折射率值总是大于垂直Bxa切面的双折射率值，无论它 是正光性还是负光性。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播 三、光在均质体及非均质体中的传播特点
1、透明物质分类
光性均质体和光性非均质体 光性均质体
光在其中传播的速度不因振动方向的不同而发生改变 光在各个方向的传播速度不变，在均质体中任何方向上的折射率均相等，
折射率值只有一个
自然光入射均质体后仍然是自然光，偏光入射均质体后振动方向不发生
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
二· 光的折射及折射率
1、折射率的概念
无论自然光还是偏光，当从一种介质传播到另一介质，在两介
质的界面上将产生折射现象 由于光在不同的介质中的传播速度不同，介质分界面上光发生 不同程度的折射进入第二种介质 入射角正弦与折射角正弦之比，对于两种固定的介质来说，是 一个常数。这就是折射定律。可以用公式表示：
对于确定介质来说，折射率值为常数。
按光率体作图法，其图形为一球体， 任意一个通过光率体中心的切面为一圆形。
晶体光学基础
第二节 光率体
三·一轴晶光率体
1、光率体的构成
当光线垂直石英C轴入射，振动方向垂直C轴，N＝1.544，（No常光）。振 动方向平行于C，N＝1.553，（Ne为非常光）。 以此二线段构成椭圆的两轴，以Ne为旋转轴，得一旋转椭球体，即 为一轴晶光率体（正光性）。 这种光率体特点：其旋转轴为长轴（光轴），光线沿光轴方向振动 的折射率值大，垂直光轴方向振动的折射率值最小。

sini/sinr=Vi/Vr=N
式中 Vi:光在入射介质中（介质1）的传播速度，i:入射角 Vr光在折射介质中（介质2）的传播速度，r:折射角 N:折射介质对入射介质的折射率
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
2、绝对折射率
如果把真空作为第一种介质，任何物质相对于真空的折射率称为绝
对折射率，简称折射率。
及光轴所构成的平面内
其传播速度与折射率值随光波的振动方 向的改变而改变，称为非常光，以符号E
表示，折射率值用Ne表示。
晶体光学基础
第二节 光率体
一、光率体的概念

光率体是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向与相应的折射 率值之间关系的一种光性指示体 设想各方向入射的光波均通过晶体的某点振动，在各方向上依其N 值的大小按比例截取一线段，再把各线段的端点联结起来，即成 光率体
改变
等轴晶系及一切非晶质体都是光性均质体。不同均质体中光的传播速度
不同。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
光性非均质体

光在其中传播时，其传播速度随振动方向的不同而 发生改变的一类物质 自然光进入光性非均体后，原任意方向振动的光波， 就变成两个振动方向垂直的光波 且此二光波的传播速度除个别方向外，一般是不等 的。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
一、自然光与偏光

1· 光的特征

光是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直（横波）,可见光是电 磁波谱中的一段，波长3900～7700埃。
3900～4460 ～ 4640～ 5000～ 5780～ 5920 ～ 6200 ～7700 | 紫| 兰 | 青 | 绿 | 黄 | 橙 | 红 |
晶体光学基础
第二节 光率体
二轴晶光率体实例 二轴晶椭球体是三轴不等的椭球体。 镁橄榄石对称型为3L23PC，当入射光分别平行三主轴时，三个主折射 率分别是： ||c入射，a方向：1.715，b方向：1.652 ||a入射，c方向：1.680，b方向：1.651 ||b入射，a方向：1.715，c方向：1.680 把这三个椭圆切面按他们的空间方位联系起来，即为其光率体，是一 个三轴椭球体，三轴称为光学主轴。在三个主切面上，平行a,b,c三轴 的三个主折射率分别是Ng,Nm,Np大中小以表示，其他二轴晶也有此性 质。三轴椭球体的三轴相对大小
二轴晶光率体为三轴椭球体。具在三个相互垂直的二次对称
发生双折射双折射率等于|Ne’－No|
双折射率递变于0与Ng－Np之间 一轴晶任何斜切面始终有一个半径是No，当为正光性时，短轴为No，当 为负光性时，长轴为No。
晶体光学基础
第二节 光率体 三、二轴晶光率体
1、二轴晶光率体的形状 低级晶族属于二轴晶，这类晶体有大中小三个主折射率 主折射率分别与空间相互垂直的三个振动方向相当，符号Ng、Nm、Np， 其他振动方向相当的折射率递变于Ng、Nm、Np之间。分别以Ng'、Np'表示即： Ng>Ng'>Nm>Np'>Np
空气的折射率为1.003即光在空气中的传播速度与真空中相近，通
常把空气折射率近似看作1。
Vi/Vr=Ni/Nr
从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小。晶
体中光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于1。
晶体光学基础
第一节 光在晶体中的传播
3、折射率色散
定义：同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异
晶体光学基础
第二节 光率体
2、二轴晶光率体的主要光学方向
二轴晶光率体有三个主折射率，分别与相互垂直的三个振动方向相当，值的大 小、振动方向在晶体中的位置有差别 椭球体的三个相互垂直的轴，代表二轴晶三个主要光学方向，称为光学主轴 包含二主轴的切面称为主轴面，二轴晶有三个相互垂直的主轴面，即NgNm面、 NgNp面、NmNp面
光率体的NgNp之间可作一系列的切面，它们的半径之一始终为Nm，另一半径递 变于NgNp之间，总可以找到一半径为Ng‘＝Nm，那么这个切面的形状为圆，同样 在光率体的另一侧也有此圆切面