晶体光学教案(重点掌握).docVIP

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）= Vi（入射速度）/ Va（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 = (，此时入射角 ( 称为全反射临界角。当入射角 i??( ( 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。 ·光性均质体：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。 光性非均质体：光性非均质体的光学性质因方向不同而改变（各向异性）。 包括中级晶族(一轴晶)和 低级晶族(二轴晶)的矿物。 光波在非均质体中的传播特点：光的传播速度因光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。因而非均质体的折射率也因光波在晶体中的振动方向不同而改变。 有关术语介绍：双折射、双折射率、光轴、一轴晶矿物、二轴晶矿物。 （1）双折射：光波射入非均质体，除特殊方向外，将分解成振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏光，这种现象称为双折射。 （2）双折射率：两种偏光的折射率值之差称为双折射率。许多晶体光学现象与此有关。 （3）光轴：光波沿非均质体的特殊方向入射时，不发生双折射，这种特殊的方向称为光轴。中级晶族具有一个 这样的特殊方向，称为一轴晶矿物；低级晶族具有两个这样的特殊方向，称为二轴晶矿物。 三、光率体 光率体是表示光波在晶体中传播时，折射率随光波振动方向变化的一种立体几何图形或光性指示体。其作法是设想自晶体中心起，沿光波振动方向按比例截取相应的折射率值，再把各个线段的端点连接起来便构成了光率体。 均质体光率体：其传播速度不因振动方向不同而发生改变，即折射率值各方向相等。因此均质体光率体是一个 球体，球体的半径代表该晶体的折射率。 一轴晶光率体：一轴晶光率体是一个以C轴为旋转轴的旋转椭球体。 （1）有关术语解释：光学主轴（Ne轴、No轴）；主折射率（Ne、No）；折射率（Ne’）；正光性（Ne(No）；负光性（Ne(No）；最大双折射率（?）。 （2）主要切面类型： 1）垂直光轴切面：圆切面。半径为No，光波垂直该切面入射不发生双折射。 2）平行光轴切面：椭圆切面。长短半径分别为Ne或No，光波垂直该切面入射发生双折射，双折射率等于 Ne与No的差的绝对值，为一轴晶晶体的最大双折射率。 3）斜交光轴切面：椭圆切面。长短半径分别为Ne’或No，双折射率等于Ne’与No的差的绝对值， 介于零与最大值之间。 二轴晶光率体：二轴晶光率体是一个三轴不等的椭球体。 （1）有关术语解释：光学主轴(Ng、Nm、Np轴)；主折射率（Ng、Nm、Np；且Ng＞Nm＞Np）；主轴面；两根光轴(OA)；光轴面（AP）；光轴角(2V)；锐角等分线(Bxa)；钝角等分线(Bxo)；正光性；负光性。 （2）主要切面类型： 1）垂直一根光轴切面（OA）：圆切面。半径为Nm，光波垂直该切面入射不发生双折射。 2）平行光轴面切面（AP）：椭圆切面。长半径为Ng，短半径为Np，光波垂直该切面入 3）垂直Bxa切面：椭圆切面。对于正光性，长半径为Nm，短半径为Np，双折射率等于Nm-Np；对于负光性，长半径为Ng，短半径为Nm，双折射率等于Ng-Nm。 4）垂直Bxo切面：椭圆切面。正光性和负光性的长短半径的特点与垂直Bxa切面相反。 5）斜交切面：椭圆切面。长短半径分别为Ng’和Np’（Ng’大小介于Ng与Nm之间；Np’大小介于 Nm与N