正交偏光下晶体光学性质.ppt

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1、晶体光学基础（4）正交偏光镜下的 晶体光学性质,单偏光镜下特征,正交偏光镜下特征,手标本,闪长岩,在正交偏光镜装置下，可以观察矿物的晶体光学性质包括:消光、消光位矿物的干涉色,测定矿物干涉色的级序补色法则的应用光率体切面半径方向和名称测定消光类型和消光角的测定矿物延性测定等。,方解石干涉色,正交偏光镜下观察的光学性质,单偏光 正交偏光,正交偏光镜下的光学特点,下偏光镜+均质体矿物任意切面+上偏光镜,若放薄片,且切片方向为均质体任意切面,光波透过后,不发生双折射,得到的偏光不能透过上偏光镜AA方向,视域黑暗,产生消光。,正交偏光镜下的光学特点,下偏光镜+等轴矿物晶体+上偏光镜,消光在正交镜间变黑

2、的现象,单偏光(-)正交偏光(+),全消光：旋转360度，矿片消光现象不改变的现象。*什么样的切片呈全消光？1）-均质体任何切面，光率体切面形态为圆。2）-非均质体垂直光轴的切面，光率体切面形态为圆。,正交偏光镜下的光学特点,下偏光镜+非均质矿物(光率体半径与上、下偏光镜平行)+上偏光镜若放薄片,且切片方向为非均质体垂直光轴的圆切面,不发生双折射,光波透过薄片后,不发生双折射,得到的一束偏光仍不能透过上偏光镜AA方向,视域黑暗,产生消光,正交偏光镜下的光学特点,正交偏光镜的光学特点,下偏光镜+非均质矿物(椭园切面)+上偏光镜,若非均质体为斜交光轴切面,但光率体椭圆半径之一平行PP(垂直AA),

3、光波透过薄片后,不发生双折射,得到的偏光不能透过上偏光镜AA方向,视域黑暗,仍产生消光.,正交偏光镜下的光学特点,下偏光镜+非均质矿物(椭园切面)+上偏光镜,若非均质体为斜交光轴切面,且光率体椭圆半径之一与PP斜交,PP偏光透过薄片后,发生双折射,分解为2种偏光,这2种偏光再透过上偏光AA后,发生干涉现象,最后显示一定的颜色(后边详细讲)。,一般非均质矿片在正交镜下的光学特点,四次消光：旋转360度，矿片出现四次消光的现象。*什么样的切片呈四次消光？消光位：四次消光切面处于消光的位置。*矿片处于消光位的时，其光率体椭圆半径与PP、AA的关系？,非均质体除了垂直光轴切面以外的任何切面，光率体切面

4、形态为椭圆。当非均质体除垂直光轴以外的其他方向切面，其光率椭圆体半径与上下偏光振动方向斜交时，矿片不消位，发生干涉。,一般非均质矿片在正交镜下的光学特点,正交偏光镜下的光学特点小结,处于消光位以外的非均质体切片时，发生双折射现象，即分解成K1和K2振动的两束偏光。K1和K2速度不同，先后透过薄片光程：偏光通过矿片时，厚度（d)与折射率（N）的乘积。光程差：两种偏光的光程之差，R=dN1-dN2=d(N1-N2),干涉现象分析：薄片中偏光分解,光程差是怎么推导出来的?,R=C0(T慢光-T快光)=C0(Tk1-Tk2)=C0(d/Vk1-d/Vk2)=d(C0/Vk1-C0/Vk2)=d(Nk1

5、-Nk2)=d(N1-N2)思考:开始公式中为什么是用光在空气中的传播速度C0,而不是在薄片中的传播速度?(一个可能会开始使你困惑,但想清楚后感到funny的问题),-上偏光镜k1(/AA)+k1(/PP)+k2(/AA)+k2(/PP)-k1(/AA)+k2(/AA)结论：k1(/AA)+k2(/AA)两种偏光能通过上偏光镜干涉现象发生的前提：四次消光切面不处于消光位的时侯，即光率体椭圆的半径与PP、AA斜交！,干涉现象分析：过上偏光镜时的再分解,透过AA后的2束偏光K1与K2特征为:K1与K2是由同一种偏光经过2次分解而形成的,因此其频率相同K1与K2光程差固定K1与K2在同一平面内振动(

6、/AA),干涉现象分析：过上偏光后的偏光汇聚,因此,K1与K2符合波的干涉条件,是相干波,会发生干涉现象,并且取决于光程差R,光程差 的推导和决定因素,R=C0 x(T 慢-T快)=C0 x(T k1-Tk2)=C0 x(d/V k1-d/Vk2)=d x(C0/V k1-C0/Vk2)=d x(N k1-Nk2)注:C0为光在空气中传播的速度!重要结论:决定光程差大小的因素有两个,一是该切面的双折射率,另一个是切片厚度!切面的双折射率又与矿物性质和切面方向有关!所以,决定光程差大小的因素可以进一步表达为三个:矿物性质、切面方向、切片厚度！,矿片的干涉结果,如果光源为单色光:(1)当R=2n*

7、/2(半波长的偶数倍)时,K1与K2振动方向相反,二者互相抵消而变黑暗.(2)当R=(2n+1)*/2(半波长的奇数倍)时,K1与K2振动方向相同,二者互相叠加而亮度增加变最亮.(3)当R=2n(2n+1)*/2时,干涉结果介于黑暗与最亮之间.,（多色）干涉色及其成因,白光照射，任何一个光程差不可能同时等于个单色光半波长的偶数倍而互相抵消，只可能有些抵消，另外一些加强，从而表现出多种颜色-干涉色。,d,把石英沿着c轴方向磨成一个楔状,称为石英楔.最大N=0.009,为固定值,R=d(Ne-No)=d N,在正交镜45位置,将石英楔由薄到厚慢慢推入试板孔内,由于d 逐渐增大,则R随着d 逐渐增大

8、。用单色光光源时，视域内依次出现明暗相间的干涉条带；用白光光源时，7种不同的单色光混合，同时发生叠加加强和抵消减弱，出现有规律、连续的干涉色。,干涉色色谱的制作,按照光程差由小到大，把对应的干涉色排列而成的序列，称干涉色级序。级序升高：干涉色向R增大方向变化降低：R减小,干涉色级序与色序:,第一级序：暗灰-灰白-浅黄-橙-紫红；R=0-550第二级序：蓝-蓝绿-绿-黄-橙-紫红；R=550-1100第三级序：蓝绿-绿-黄-橙-紫红；R=1100-1650第四级序：浅绿-浅绿-浅橙-粉红；R1650第四级序以上：高级白。,干涉色色序：同一级序内不同颜色的顺序。,干涉色色谱表及其应用,表明在光程差

9、、晶体厚度和干涉色之间的关系。550 mm 红紫800 mm 绿1100 mm 红紫(注意重复)0-550 mm=“1st 级”550-1100 mm=2nd级1100-1650 mm=3rd级.级序约高颜色越模糊,R=d(Ne-No)=d N,矿物的干涉色取决于什么?重折射率,矿物晶片厚度及重折率与干涉色的关系,通过最高干涉色级序确定矿物重折射率,举例：石英最高干涉色为一级黄白，R270nm,薄片厚度为 0.03mm,它的双折率多少？解答：查表 N=0.009,矿物的干涉色级序的判别,如何判断具体某个矿物切面的干涉色级序呢？感觉？经验？准确的方法？,让我们看一下干涉色在实际薄片中是如何表现的

10、:,（同种矿物的不同颗粒有着不同的切面方向向）,不同种矿物有相同的干涉色吗？,这个薄片中呈兰色干涉色的矿物既有辉石，也有角闪石，怎么办？呈灰白色干涉色的矿物既有石英，也有斜长石，怎么办？-你感到矿物鉴定的困惑了吗？,干涉色级序的确定,1.目估法各级干涉色都具有一定特点，了解它的特点，凭实际经验便可认出它是几级干涉色，如级灰、级蓝、级绿等特征干涉色。级无蓝绿、灰肯定为级；级最鲜艳、级蓝最清晰；级次鲜艳、级绿最鲜艳；四级彩模糊；五级别以上高级白！,判断方法:边缘一级灰白开始.经过1条红带,干涉色为2级,经过n 条红带,则干涉色为n+1级.,2.楔形边法,（1）当同名半径平行时，R=R1+R2，干涉

11、色级序升高；（2）当异名半径平行时，R=R1-R2，干涉色级序降低；（注意：对降低的理解！是比原来高的低，但不一定比原来低的低！）,，补色法则两个光率体椭圆在45度位重叠时，总光程差增减（或干涉色升降）的法则。,45度和90度,磷灰石一级白干涉色（R1=150nm)加入石膏试板,异名半径平行，R=R1-R2=550-150=400nm，干涉色相对于试板降低（一级红至一级黄）,同名半径平行，R=R1+R2=550+150=700nm，干涉色相对于试板升高（一级红至二级蓝）,（3）If R1=R2,当异名半径平行时，R=R1-R2=0，干涉色为黑暗，这种现象称为消色（注意：不要与消光混淆）,补色法

12、则,补色器石膏试板云母试板石英楔,石膏试板（Accessory Plates）,如果使用一个一级红试板(石膏试板)慢光方向被标出 N快光方向(n)|试板的长边这个石膏晶体是被定向，并被切割成光程差 D=(N-n)550nm(石膏的最大双折率与石英相当,最高干涉色为一级白,怎么能够制造出一级紫红的干涉色?想想看!),假设我们看一个非均质体从消光位转到45o，此时具有=100 nm(一级灰),If Ngyp|Nxl 相加100+550 650nm将导致什么样的颜色出现(在你的干涉色谱表上)?一级灰 二级兰,石膏试板（Accessory Plates）,现在再旋转物台到 90o Ngyp|nxl(D

13、=100 nm),Ngyp|nxl 相减 550-100 450nm将导致什么样的颜色?一级黄,石膏试板（Accessory Plates）,补色结果：使原来矿片的干涉色升高或降低一个级序！但二级黄 以下谨慎处理！例如：二级黄+石膏试板 if 升高：R=+50=0三级黄 if 降低：R=0-=一级黄,石膏试板补色规律记忆技巧,但二级黄 以下谨慎处理！例如：二级蓝绿+石膏试板 if 升高：R=+50=0三级蓝绿 if 降低：R=0-=一级灰,石膏试板补色规律记忆技巧,R=150,一级灰白干涉色！补色结果：使原来矿片的干涉色升高或降低一个色序！例如：一级紫红+云母试板 if 升高，R=550+15

14、0=700-二级蓝 if 降低，R=550-150=400-一级黄,云母试板,正交镜下主要光学性质的观察与测定,观察矿物的干涉色，并测定干涉色的级序；测定非均质体光率体椭圆半径方向和名称；观察矿物的消光、消光位和消光类型，测定消光角的大小；观察双晶；测定矿物的延性正负等。,干涉色级序的观察与测定,1.目估法各级干涉色都具有一定特点，了解它的特点，凭实际经验便可认出它是几级干涉色，如级灰、级蓝、级绿等特征干涉色。,判断方法:边缘一级灰白开始.经过1条红带,干涉色为2级,经过n 条红带,则干涉色为n+1级.,2.楔形边法,利用补色器（）石膏试板（）云母试板（）石英楔,（）利用石英楔子,利用石英楔测

15、定干涉色级序,(1)将选定的矿片置视域中心，转动载物台，使矿片消光(消光位)。(2)再转载物台45，使矿片至45位置。此时矿片干涉色最亮。(3)从试板孔由薄至厚端插入石英楔，观察矿片干涉色级序的变化，可能出现下列两种情况：,利用石英楔测定干涉色级序,随着石英楔的慢慢插入，矿片上干涉色级序逐渐升高，表明石英楔与矿片上光率体椭圆切面的同名半径平行，不可能出现消色位，达不到测定干涉色级序的目的，必须转动载物台90，使二者异名半径平行，再进行测定。,利用石英楔测定干涉色级序,随着石英楔的插入，矿片干涉色逐渐降低，说明石英楔与矿片上光率体椭圆切面异名半径平行。当石英楔插入到与矿片光程差相等时，矿片消色而

16、变黑暗。再慢慢抽出石英楔，矿片的干涉色又逐渐升高，至石英楔全部抽出时，矿片显示原来的干涉色。在抽出石英楔的过程中，仔细观察矿片红色干涉色出现的次数，经过n次红色，矿片干涉色为(n+1)级。,石英楔法n(红带条数）+1,利用石英楔子测定干涉色级序,N1-N2=R/d R-根据干涉色查出；d-一般为0.03mm,也可以用已知矿物（如石英）测定；N1-N2-不一定是最大双折率，需要寻找平行光轴或光轴面的切面！,双折率的测定,步骤：1 使矿片消光；2 转矿片到45度位；3 用补色器测定矿片上光率体椭圆的长短半径4 若要测定名称，需要先选好切面！,非均质体光率体椭圆半径方向和名称的测定,非均质体光率体椭

17、圆半径方向和名称的测定,测定光率体椭圆半径方向及名称的过程,消光位,45位干涉色最亮,干涉色降低?,干涉色升高?,消光类型,当矿片解理或双晶不发育时，利用晶面、晶棱也可以确定消光类型和测量消光角。注意！那些无解理、无长条外形的矿物不存在斜消光,矿物的三种消光类型,划分的依据：依据矿物消光时，矿物的解理、双晶缝以及晶面迹线与目镜十字丝的关系，可以划分出三种消光类型。,平行消光消光时，解理缝等与十字丝之一平行。,对称消光消光时，十字丝平分两组解理缝的夹角。,斜消光消光时解理缝等与十字丝斜交。消光角解理缝等与光率体椭圆半径之间的夹角称为消光角。,各晶系矿物的消光类型,(高级晶族全消光-无消光类型问题

18、)1.中级晶族矿物光率体之Ne(光轴)与晶体C晶轴一致,平行消光、对称消光为主,2.低级晶族矿物(1)斜方晶系3个主轴Ng，Nm，Np与晶体a,b,c一致，平行消光、对称消光为主，若有斜消光，其消光角也不大。,各晶系矿物的消光类型,2.低级晶族矿物(2)单斜晶系晶体b轴与Ng，Nm，Np之一重合，其余2个分别斜交。例如普通角闪石b Nm，Ngc=15-20,有110解理，不同方向切面消光类型不同/(001)切面为对称消光/(010)切面为斜消光/(100)切面为平行消光,各晶系矿物的消光类型,普通角闪石光性方位,2.低级晶族矿物(3)三斜晶系a,b,c轴与Ng，Nm，Np分别斜交绝大多数切面为

19、斜消光，且消光角随着切面方向不同而有差异如斜长石(An35)Ngb,NmcNpa，,各晶系矿物的消光类型,小结：晶系与消光类型,等轴晶系：全消光中级晶族：平行消光斜方晶系：平行消光、对称 消光单斜晶系：平行消光、对称 消光、斜消光三斜晶系：斜消光小结：不同晶系的矿物及其不同方向切片，其消光类型不同。,消光角的意义,对于不同的矿物有所区别,消光角的测定（1）,将欲测矿片置视域中心，使其解理缝或双晶缝或晶体晶面迹线与十字丝之一平行，记录下载物台刻度盘上的数值。,消光角的测定（2）,转动载物台使矿片达消光位，即光率体长短椭圆半径方向与十字丝平行，再记下载物台刻度数值。两数值之差即为矿物的消光角,消光

20、角的测定（3）,再转动载物台45，使光率体椭圆半径与十字丝成45夹角，插入补色器，根据干涉色的升降情况，确定所测光率体半径的名称。若是平行光轴面的切片，则长短半径分别为Ng和Np，若不是平行光轴面的切片，则长短半径分别为N g 和N p。,消光角的测定（4）,根据解理、双晶的性质，判断其所代表的结晶方向。,消光角的表示方法,消光角常以结晶轴或晶面符号与光率体椭圆半径的关系来表示。如普通角闪石在平行(010)切面上的消光角表示为:NgC=22斜长石垂直(010)晶带切面上的最大消光角记录为Np(010)=25。,晶体延性和延性符号的测定,定义:一向延伸矿物的延长方向与光率体椭圆切面半径之间的关系

21、，称为晶体的延性。延性有正负之分，当晶体延长方向与Ng一致或与Ng夹角小于45时，称正延性；如果矿物晶体延长方向与Np一致或与Np的夹角小于45，称负延性，延性是矿物的鉴定特征之一。,正延性,负延性,延性测定方法,对于斜消光的矿物，只要测定了消光角，就可以判断其延性正负。而对于平行消光的矿物，延性符号的测定方法如下：(1)将欲测的矿物切面置于视域中心，使晶体延长方向平行目镜十字丝的纵丝，此时矿物消光(因是平行消光)。(2)旋转载物台45，使延长方向与目镜十字丝成45夹角，加入试板，根据矿物干涉色的升降变化，判断光率体椭圆半径名称，即可确定延性符号。,正延性,负延性,双晶的观察,正交偏光镜下，表

22、现为相邻两个单体消光位不同，呈现一明一暗的现象。,双晶的特点,由于双晶结合面相当于两个单体的对称面，当双晶结合面与矿片平面垂直时，相邻两个单体的光率体椭圆切面在双晶缝的两侧是对称的，故当双晶缝平行目镜十字丝或与其成45角时，相邻两个单体干涉色完全相同，明暗程度一样，此时看不见双晶。,双晶的意义,许多矿物倾向于形成某种特定的双晶类型，因此双晶类型是它们的重要鉴定特征。,双晶,矿物的双晶是指由两个或两个以上单体，按一定的对称关系相互规律连生在一起的现象。两个单体之间的结合面称双晶结合面。双晶结合面与矿片平面的交线称为双晶缝，通常比较平直，当双晶结合面垂直矿片平面时，双晶缝最细最清楚；当双晶结合面逐渐倾斜时，双晶缝逐渐变宽变模糊，直至看不见双晶缝。,双晶实例,