第三章-正交偏光镜下的晶体光学性质

第三节正交偏光镜下的晶体光学性质一.正交偏光镜的装置及光学特点装置：在单偏光镜的基础上，加上上偏光镜，并使上、下偏光的振动方向相互垂直。问题：1.如何确定上下偏光镜的振动方向是否垂直？2.正交偏光显微镜的有何光学特点？二.正交偏光镜下矿片的消光现象及消光位1.消光：矿物在正交偏光镜下，由于下偏光的PP偏光透过薄片而不能透过上偏光镜使视域呈现黑暗的现象。2.全消光：转动物台360°，矿片的消光现象不改变，即矿片一直处于全黑状态的现象。3.四次消光：转动物台360°，矿片有四次处于消光位的现象，即矿片四次处明暗交替的现象。4.消光位：四次消光的晶粒处于消光状态的位置。问题：1.矿物在正交偏光显微镜为什么变黑暗呢？2.什么样的矿物会出现全消光？3.什么样的矿物会出现四次消光？四次消光的消光位有何特点？问题：1.在正交偏光显微镜下，自然光通过下偏光镜后转变为振动方向为PP的偏振光，如果矿片的光率体椭圆半径与上、下偏光的振动方向平行，光线通过矿片其振动方向不发生改变，由于于上偏光镜AA的振动方向垂直，而不能透过，所以使目镜视域呈现黑暗。2.当矿物切片的光率体的切面为一圆时，光线经过矿片不改变其原来的振动方向，即会发生全消光。所有均质体(包括一切非晶质体的气体、液体、树胶、玻璃体和等轴晶系的晶体）和垂直于光轴方向的非均质体切片。3.非均质除垂直光轴以外的切片，均会出现四次消光。其处于消光位时，光率体椭圆长、短半径与上、下偏光振动方向AA、PP平行。消光位具体用消光角或者消光类型表示。非均质除垂直光轴以外的切片，在消光位以外的任何位置，其光率体椭圆长、短半径与上、下偏光振动方向（AA、PP）斜交，光线经过分解后具备了干涉条件，必将发生干涉作用。三.正交偏光镜间矿片的干涉现象非均质体矿物双折射的偏光分解和单色平面偏光经两次分解合成后互相干涉的相位差。问题：1.两束光产生干涉的条件是什么？1.光波的振动频率基本相同。2.两束光波相遇时有固定的相位差。3.光波的振动方向一致，在同一平面内振动。问题：2.在正交偏光显微镜下，为什么会产生干涉现象？1.K1`,k2`为同一束光线分解而成，故频率相同；2.两者在同一平面（AA）内振动；3.两者之间由固定的光程差，所以具有固定的相位差。3.影响光程差的因素有哪些？R=V0(tg-tp）tp=D/Vp；tg=D/VgR：两束光到达人眼时的光程差；V0：光在空气中的速度；D：晶体薄片的厚度tp、tg：快光、慢光通过厚度为D的薄片所需要时间；VP、Vg：光在晶体中的传播速度；Ng，Np：光线的在晶体中的折射率；△N：晶体的双折射率。R=V0(tg-tp）=D(Vo/Vg-Vo/Vp)=D(Ng-Np)=D*△N决定光程差的因素是薄片的厚度和晶体的双折射率值。OB：入射光强度；α：晶体切片上光率体椭圆半径与下偏光镜振动方向之间的夹角。λ：入射光的波长R：光程差。)(sin2sin2222ROBA4.影响两光波的合成振幅的因素？根据同一平面内两平面偏光迭加的原理，可以求得正交偏光镜下两光波的合成振幅：（1）当切片为均质体或非均质体垂直于光轴的切片时，ΔN=0，此时，旋转载物台一周，正交镜下始终保持全黑，即出现全消光现象。（2）当ΔN≠0，当α=0°、90°、180°、270°时，A+=0，视域内全黑，即旋转载物台360°，出现四次全黑的现象，即出现了四次消光。（3）当α=45°、135°、225°、315°时，视域内最亮。))''((sin2sin2222NpNgOBA5.矿片干涉结果的明亮程度的因素？四干涉色1.单色光的干涉情况：（1）当用单色光做光源时，当光程差为波长的整数倍时，此时视域内黑暗。（2）用单色光做光源，光程差是半波长的奇数倍，干涉加强，视域内明亮。))''((sin2sin2222NpNgOBA问题：如何观察单色光的干涉情况？在正交偏光显微镜下，单色光做光源，45度位插入石英楔，随着石英楔的慢慢推入，视域内依次出现明暗相间的干涉条带。亮带代表增强，暗带代表减弱。注意：明暗条纹间的距离取决于单色光的波长，红色光的波长较长，其间距也较大。2.白光的干涉情况（干涉色的形成）：如果光源为白光时，在正交偏光镜间，在45度位时插入石英楔，随着石英楔的慢慢推入，视域内出现的不是明暗相间的干涉条带，而是不同的颜色，这种颜色称为干涉色。问题：为什么以白光为光源会产生一定的干涉色？这是因为白光是由不同波长的单色光混合而成的，光程差不可能同时是所有波长的奇数倍或偶数倍，即不可能所有单色光同时增强或减弱，必然有一部分单色光增强，而另一部分单色光减弱。这样，不同程度加强的单色光波混合起来就构成了与该光程差相应的混合颜色。由于白光中不同波长的光线干涉后增强或减弱后混合而成的颜色，所以为干涉色。问题：影响干涉色的因素有哪些？1.干涉色只决定于光程差，于晶体的颜色无关；2.决定光程差的大小因素是薄片的厚度(D)和切面方位中的双折射率(Ng-Np)，薄片的厚度和切面方位中的双折射率决定了干涉色；3.α角的大小只影响干涉色的亮度而不影响干涉色本身的颜色；4、干涉色级序及各级序特性（1）干涉色：正交偏光下用白光观察时，非均质体矿片呈现的各种颜色。随着光程差的逐渐增加，产生了一系列有规律变化的干涉色序。为了将光程差不等而颜色相同的干涉色区别开来，用特征色将干涉色分级，每级内干涉色均按照一定的次序出现，称为干涉色级序。第一级序（0~560nm）：暗灰—灰白—浅黄—亮黄—橙—紫红第二级序（560~1120nm）：蓝—蓝绿—绿—黄—橙—紫红第三级序（1120~1680nm）：蓝绿—绿—黄—橙—红第四级序（1680nm以上）：粉红—浅绿—浅橙-高级白：更高级序各色光波混杂形成一种与珍珠表面相似的亮白色。（2）干涉色级序的特征有：①每个级序的顶部色均以紫红色或红色为标志；②一级干涉色有灰黑色、灰白色而无蓝色、绿色，二级以上干涉色有蓝色、绿色而无灰黑色、灰白色；③二级以上干涉色的变化规律是一致的，基本上为蓝、绿、黄、橙、黑，所不同的是随着级序的升高，干涉色的鲜艳程度降低、各色序之间的界线越来越模糊；④当级序很大时，各色序之间的界线基本上已不存在，各色光波混杂形成一种与珍珠表面相似的亮白色，即高级白。（3）干涉色色谱表：根据R=d(N1-N2)制成的图表，反映光程差、矿片厚度及双折率之间的关系。5.干涉色高低的影响因素干涉色高低取决于光程差矿物性质矿物的切面方向矿片厚度平行光轴或光轴面最大垂直光轴没有光程差其余在两者之间R=d(N1-N2)R—光程差,d—矿片厚度,N1-N2—双折率异常干涉色：某些矿物呈现不同于色谱表的反常干涉色.绿泥石：正常一级灰，异常为柏林蓝或绣褐色。鉴定晶体时，最高干涉色才有意义。五、消色法则及补色器1、消色法则消色：两块具有干涉色薄片叠加后，两者干涉色消失，视域呈现黑暗的现象。在正交偏光镜间，两个非均质体任意方向的切片（除垂直光轴以外的），在45°位置重叠时，两矿片光率体椭圆半径同名半径平行,总光程差等于原来两矿片光程差之和，表现为干涉色升高。异名半径平行时,总光程差等于原来两矿片光程差之差，其干涉色降低（比原来高的干涉色降低，比原来低的干涉色不一定降低）。当异名半径平行，且光程差相等就出现消色现象，这就是消色法则。2、几种常用的补色器⑴石膏试板（λ）——嵌在长形金属板一端的圆孔中，使光率体切面的椭圆的长半径平行于长形金属板短边，短半径平行于长边。---干涉色的变化是针对石膏试板的一级紫红。适用于干涉色级序为一级的矿物。光程差为560nm，在正交偏光45°位置时，呈现一级紫红干涉色，使矿片升高或降低一个级序。如矿片干涉色为一级灰（147nm），升高变为二级蓝（707nm），降低变为一级黄（413nm）。适用条件：当干涉色超过二级黄，无效。晶体的干涉色级序越高，效果越差。⑵云母试板（1/4λ）----颜色的变化时针对矿物薄片的干涉色。光程差为147nm，干涉色为一级灰白；使矿片的干涉色升、降一个色序。如矿片为一级紫红，升高变为二级蓝，降低变为一级橙黄。晶体干涉色为二级绿（800nm），升高变为（947nm）二级橙黄，降低变为（653nm）二级蓝色适用于干涉色级序一级、二级和三级的晶体。⑶石英楔（云母和石膏试板不起作用时使用）光程差为0至1680nm，在45°位置时依次产生一级到三级干涉色。同名半径平行,干涉色不断升高。异名半径平行时,干涉色不断降低。六、消色法则的应用非均质体矿片上光率体椭园半径方向及名称的测定（1）将要测定的晶体放在视域中心，旋转载物台到消光位。（光率体的两轴与目镜的上下偏光的振动方向一致）(2)旋转载物台45°，视域最亮。（光率体两轴与上下偏光的振动方向夹角45°）(3)加入补色器，根据干涉色的升降判断晶体的光率体与石膏石板光率体的关系。(4)判断出光率体的轴名（Ng、Np）A.消光位B.45°位C.干涉色升高D.干涉色降低⑵试板选用及干涉色升降判断①干涉色在二级黄以下，选用石膏试板,如原来矿片干涉色为一级灰,加入石膏试板后,升高为二级蓝,降低为一级黄。②干涉色在二级黄以上，选用云母试板,如原来矿片干涉色为二级黄，升高为二级紫红，降低为二级绿。③高于三级干涉色的矿片，用石英楔。假设在正交偏光显微镜下我们观察一个非均质体，其光程差R=100nm，显示干涉色为一级灰，我们应该怎样进行轴名的测定呢？1.选定补色器：石膏试板；2.旋转载物台，使晶体处于45°位，使晶体最亮；3.从45°位插入石膏试板（光程差560nm），观察其干涉色的变化；4.如果是同名轴平行，光程差相加，则总光程差为660nm，显示的干涉色如图二级蓝；如果是异名轴平行，总光程差为460nm，显示的干涉色为一级橙黄。5.根据干涉色的变化，画出其轴名。2、干涉色级序的观察与测定选切面干涉色级序的高低与切面方向有关，平行光轴或光轴面的切面干涉色最高，要选这种切面测定矿物最高干涉色级序。测定方法：（1）目估法：凭经验判断。⑵边缘色带法：利用晶体碎屑边缘的干涉色色圈判断干涉色级序。★楔形边法测定矿物的干涉色级序干涉色级序：晶体中部的干涉色为边部开始出现的红色色圈数加壹。适用情况：矿物颗粒具有楔形边缘，其边缘较薄，向中央逐渐增加，厚度增大比较均匀，因而矿片的干涉色级序也是边缘较低，向中央逐渐升高。边缘色带应从一级灰白开始。如最外圈为一级灰白，向中央干涉色逐渐升高而构成细小的干涉色色圈或不连续的干涉色细条带。其中经过一条红带，则矿片干涉色为二级；经过n条红带，矿片干涉色为（n＋1）级。如果矿片边缘最外圈不是从一级灰白开始，则不能应用这种方法判断干涉色级序。⑶利用石英楔测定干涉色级序①将要测定的晶体置于视域中心，转动载物台到消光位；②从消光位准确转动载物台45°，观察干涉色；③从试板孔缓慢插入石英楔，观察晶体干涉色的变化；④若干涉色逐渐升高，需转动载物台90°；⑤若干涉色降低，继续缓慢插入石英楔至晶体出现黑带；⑥取出薄片，视域中出现与晶体相同的干涉色，缓慢拉出石英楔观察视域内出现紫红色的次数；⑦干涉色级序即为紫红色出现的次数加一。⑷高级白干涉色的鉴定方法将矿片置于视域中心，转动载物台使矿片消光，再转45°加入石膏试板或云母试板，干涉色不变为高级白。3、未知矿物双折率的测定(不精确,误差较大)根据R=d(N1-N2)测定，而且要测定最大双折率才有意义。平行光轴或光轴面切面的双折率最大，这种切面干涉色最高，多色性最明显。⑴光程差的测定：测定最高干涉色，在干涉色色谱表上求出相应的光程差。⑵矿片厚度：一般为0.03mm。⑶在色谱表上查未知矿物的双折率，或根据R=d(N1-N2)计算。4、消光类型及消光角的测定（1）消光类型平行消光：晶体消光时，解理缝、双晶缝或晶棱与目镜的十字丝平行。对称消光：消光时，目镜十字丝平分解理角或面角；斜消光：消光时，结晶要素与目镜十字丝斜交。斜消光时，光率体椭圆半径与解理缝、双晶缝及晶面迹线之间的夹角称为消光角。消光类型的，取决于晶体的光性方位和切