第三章 正交偏光镜下的晶体光学性质

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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=V,0,(t,g,-t,p,）,t,p,=D/V,p,；,tg=D/V,g,R,：两束,光到达人眼时的光程差；,V,0,：,光在空气中的速度；,D,：晶体薄片的厚度,t,p,、,t,g,：快光、慢光通过厚度为,D,的薄片所需要时间；,V,P,、,V,g,：,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=V,0,(t,g,-t,p,）,=D(V,o,/V,g,-V,o,/V,p,)=D(N,g,-N,p,)=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；,：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。,：入射光的波长,R,：光程差。,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，,N=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,N0,，当,=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,=45,、,135,、,225,、,315 ,时，视域内最亮 。,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。,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.,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（,0560nm,）：,暗灰,灰白,浅黄,亮黄,橙,紫红,第二级序（,5601120nm,）：蓝,蓝绿,绿,黄,橙,紫红,第三级序（,11201680nm,）：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：,每个级序的顶部色均以紫红色或红色为标志；,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；,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；,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, 石膏试板（,）,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,560 nm,，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。, 云母试板（,1/4,）,-,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。,石英楔（云母和石膏试板不起作用时使用）,光程差为,0,至,1680 nm,，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,试板选用及干涉色升降判断,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。,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。,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。, 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。,利用石英楔测定干涉色级序,将要测定的晶体置于视域中心，转动载物台到消光位；,从消光位准确转动载物台,45,，观察干涉色；,从试板孔缓慢插入石英楔，观察晶体干涉色的变化；,若干涉色逐渐升高，需转动载物台,90,；,若干涉色降低，继续缓慢插入石英楔至晶体出现黑带；,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；,干涉色级序即为紫红色出现的次数加一。, 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。, 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。, 矿片厚度：一般为,0.03mm,。, 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片方向。,中级晶族（四方、三方、六方）：平行消光或对称消光为主。,斜方：可能出现平行、对称、斜消光。,单斜：斜消光为主，特殊方位对称或平行消光。,三斜：斜消光。,普通角闪石不同方向切面的消光类型,（,2,）,消光角的测定,只有测定定向切面的消光角才有意义,单斜晶系一般测定,平行（,010,）切面,的消光角。,如单斜辉石和单斜角闪石，平行（,010,）切面为平行,光轴面切面，干涉色最高，多色性最明显。,三斜晶系矿物一般选择某些特别方向测定消光,角，如斜长石一般是测定,垂直（,010,）切面,的消光,角。,具体的测定步骤参见下图。,5,、矿物延性符号的测定,（,1,）延性符号的概念,延性符号：表示薄片中单向延长晶粒的延长方向折射率大小的符号。,（,2,）分类：,正延性：长条状矿物切面，其,延长方向或解理缝方向,与,光率,体椭圆,长半径,Ng,或,Ng,平行,或其,夹角小于,45,；,负延性：长条状矿物切面，其,延长方向或解理缝方向,与,光率,体椭圆,短半径,Np,或,Np,平行或,其夹角小于,45,。,当两者的夹角为,45,时，延性可正可负。,正负延性：薄片中同种单向延长晶体有的为正延性，有的为负延性，称为正负延性。,对于平行消光的矿片需要测定矿片的延性符号，而对于斜消光的矿片，不需要再测定延性符号，可以根据消光角大小来确定其延性符号。,3.,延性符号的测定,磷灰石：一级白,插入石膏试板：一级黄,插入石膏试板：二级蓝,请问：该晶体的延性符号？,白云母二级蓝,加云母试板二级黄绿,加云母试板一级橙红,请问：该晶体的延性符号？,6,、矿物双晶的观察,1.,双晶的定义：两个或两个以上的单晶体按照一定的对称规律形成的规则连生体。他是,晶体在生长过程中或生长以后，会发生多个晶体之间的连生现象。,2.,双晶要素,指用来表征双晶中单晶体方位间的对称取向关系的假想几何要素。,双晶面：为一假想的平面。通过它的反映可使构成双晶的两个单晶体重合或达到完全平行。,双晶轴：为一假想的直线。当围绕它旋转,180,后,可使构成双晶的两个单晶体重合或达到完全平行一致。,双晶中心：为一假想的定点。通过它的反伸后,可使构成双晶的两个单体重合或达到平行一致的方位。可不予考虑。,双晶是由晶体的晶格构造决定的，是鉴定晶体的重要依据。,3.,分类：依据在正交偏光显微镜下是否可见，分为：,（,1,）可见双晶：,在正交偏光镜下表现为相邻两个双晶单体的消光不同，出现一明一暗的现象。,（,2,）不可见双晶：在正交偏光显微镜下看不到的双晶。,问题：为什么可见双晶在显微镜下会出现明暗交替的现象,4.,基本概念：,（,1,）双晶结合面：双晶两个单体间的结合面。,（,2,）双晶缝：双晶结合面与薄片平面的交线，一般较平直。,（,3,）影响双晶缝清晰度的因素：,a.,晶体的折射率；,b.,双晶结合面与薄片平面的法线的夹角。,当,双晶结合面与薄片平面的法线一致时，双晶缝细而清楚；,当双晶结合面与薄片平面的法线间夹角增大时，双晶缝逐渐变得宽而模糊。,c.,双晶缝与上下偏光镜的振动方向之间的相对位置。,由于双晶结合面相当于两单体间的一个对称面，当结合面与薄片法线一致时，相邻两单体的光率体切面在双晶缝两侧时对称的，故当双晶缝与目镜十字丝平行或成,45,交角时，双晶缝两侧的单体明亮程度一致，此时看不见双晶。,5.,常见的双晶类型：, 简单双晶：双晶中两个单体以平面接触者。如矛头双晶。,水晶的接触式双晶, 复合双晶：两个以上的单体以平面接触的双晶。,根据,双晶结合面,的关系可分为：,a.,聚片双晶,：双晶结合面彼此平行，在正交偏光镜间呈聚片状，旋转物台，奇数与偶数两组双晶单体轮换消光，而呈明暗相间的细条带。如斜长石的钠长石双晶。,辉锑矿的聚片双晶,闪锌矿的聚片双晶,金红石的聚片双晶,晕彩腊长石的聚片双晶,聚片双晶,聚片双晶,b.,轮式双晶（联合双晶）：双晶结合面互不平行，而呈放射状排列。,按照双晶单体数目的不同，可分为三连晶、四联晶和六连晶。,方黄铜矿的六连晶,尖晶石的接触式三连晶,金绿宝石的接触式六连晶,c,.,穿插双晶：构成双晶的单体有两个或多个，双晶结合面相互穿插。双晶接触面复杂。,如微斜长石的格子状双晶。,微斜长石的格子双晶,方解石的格子双晶,岩石中呈格子状双晶的粗粒微斜长石（,Mic,）。,正交偏光下，,X260,石膏的穿插双晶,萤石的穿插双晶,氟石的穿插双晶,白云石的穿插双晶,穿插双晶,钾长石的卡斯巴双晶,斜长石的聚片双晶和卡钠联晶,燕尾双晶,双晶的成因,根据双晶形成的时间分：,原生双晶：在晶体生长过程中形成的。,次生双晶：在晶体形成以后产生。,按双晶的形成机理分：,转变双晶：,在同质多象转变过程中产生的双晶。它是由高温变体经同质多象转变而变为对称程度较低的低温变体时所产生的双晶。,滑移双晶：,一般是在晶体形成之后受机械应力的作用，在部分晶格中的一连串相邻面网间同时发生均匀滑移的范性形变，使滑移部分与未滑移部分的晶格间形成双晶关系，故又称机械双晶或形变双晶。滑移双晶都表现为,聚片双晶。,生长双晶：,在晶体的成核阶段或其后的成长阶段中形成的原生双晶。,它是质点在某个方向上中断了按原先的晶格位置所进行的堆积，改变为按与之成双晶关系的晶格方位进行堆积的结果，而此种改变并不导致键的破坏和晶体内能的明显增大。此外，在液相结晶条件下，悬浮在介质中两个小晶体有可能以双晶关系的方位相互连接，以降低表面能，然后共同继续成长为双晶。,