14 材料研究方法 1.光性均质体 光被在各向同性介质中传播时，其传播速 度不因振动方向而发生改变。也就是说，介质 的折射率不因光波在介质中的振动方向不同 而发生改变，其折射率值只有一个，此类介质 属光性均质体（简称均质体）。光波射入均质 体中发生单折射现象，不改变光波的振动特点 和振动方向（图2,6）。也就是说，自然光射人 均质体后仍为自然光。偏光射人均质体后仍 为偏光，且其振动方向不改变。 等轴晶系矿物的对称特性极高，在各个方 向上表现出相同的光学性质，它们和各向同性 图2.6光波垂直均质体薄片 人射示意图 的非品质物质一样，属于光性均质体。例如， 石榴石、萤石、玻璃、树胶等都是均质体。 2.光性非均质体 光波在各向异性介质中传播时，其传播速度随振动方向不同而发生变化。因 而其折射率值也因振动方向不同而改变，即介质的 折射率值不止一个，此类介质属光性非均质体（简 称非均质体)。光波射人非均质体时，除特殊方向 以外，都要发生双折射现象，分解形成振动方向互 相垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏光 P。、P(图2.7)。两种偏光折射率值之差称为双折 射率。当入射光为自然光时，非均质体能够改变入 射光波的振动特点，当人射光波为偏光时，也可以 改变入射光波的振动方向。 中级晶族和低级晶族矿物的光学性质随方向图2.7冰洲石的双折射现象 而异，属于光性非均质体，如长石、石英、橄榄石等。绝大多数矿物属于非均质体 当光波沿非均质体的某些特殊方向传播时（如沿中级晶族晶体的c轴方向）， 则不会发生双折射现象，不改变人射光波的振动特点和振动方向。这种不发生双 折射的特殊方向称为光轴。中级晶族晶体只有一个光轴方向，称为一轴晶。低级 晶族品体有两个光轴方向，称为二轴晶
茅2幸光学遥能令析 15 2.2.4光率体 透明晶体在偏光显微镜下所显示的一些光学性质，大多与光被在品体中的损 动方向及相应折射率值有密切关系。为了反映光波在品体中传插时偏光振动方向 与相应折射率值之间的关系，有必要使用在物理学中所建立的光率体氧念 光率体是表示光波在品体中传插时，光被泰动方向与相应折射率值之间关系 的一种光性指示体。其做法是设想自品体中心起，沿光波的各个振动方向，按比例 截取相应的折射率值，再把各个线段的端点联系起来，便构成了光率体。 实际上光率体是利用品体不同方向上的切片，在折光仪上测出各个光波振动 方向上的相应折射率值所作的立体图。 光率体是从品体的光学现象中抽象得出的立体几何图形，它反映了品体光学 性质中最本质的特点。它形软简单，应用方便，成为解释一切品体光学现象的基 础。用偏光显微镜鉴定品体矿物也都以光率体在每种矿物中的方位为依据，由于 各类晶体的光学性质不同，所构成的光率体形状也各不相同。 1.均质依先率体 光波在均质体中传播时，光波在任何方向振 动，其传播速度不变、相应的折射率都相等。因 此，均质体光率体是一个圆球体（图2.8）。通过 光率体中心的任意切面均为圆切面，圆的半径代 表折射率值。 2.一仙品光率体 光波射入一轴品矿物，发生双折射现象分解 成两种偏光（图2.9.图2.10），一种偏光的振动方 图2：8均质体光率体的形态 向水远与光轴垂直，且各方向折射率相等，称为常光，以符号©”表示。另一种偏光 的振动方向平行干光轴和光波传播方向新构成的平面，其折射率值随振动方向不 向而改变，称为非常光，以符号“表示 中级品族（三方、四方，六方品系）晶体属一轴品。该类晶体的水平结晶轴( 6)单位相等，其水平方向上的光学性质相同，因此，一轴品光率体是以©轴为靛 转轴的旋转椭球体（二轴椭球体），并有正负之分。正一轴品是一个拉长了的旋转 椭球体（图2.9），负一轴品是一个压扁了的旋转椭球体（图2.10） 现以石英和方解石为例分述如下： 当光线垂直石英品体的。轴方向射入品体时，发生双折射，产生两个互相垂直 振动的偏光。其一为常光，振动方向垂直c轴.折射率为1544，以N。表示：另
·16. 材料研究方法 N-N 2N544 N。=N 入射光 (a 图2.9 轴晶E光性光常体的构成 入射光 N.=1.65 图210轴品负光性光率体的构成 为非常光，其振动方向平行于c轴.折射率为1.553，以V。表示。在平行c轴的方 向.上截取N。二1,553，垂直光轴的方向上截取N。=1.544,以此二线段为长短半径 可构成一个垂直人射光线的椭圆切面[图2.9()门。垂直：轴其他任何方向射入 的光线均可构成相同的椭圆切面。将这一系列的椭圆切面联系起来，便构成一个 以（轴为旋转轴的长形旋转椭球体，即石英的光率体[图2.9(b)], 这种光率体的特点是：其旋转轴为长轴，称为光轴。光沿光轴方向振动的折射 疼总比垂直于光轴方向振动的折射率大些，即N。>N。,称为一轴晶正光性光 率体。 而当光线垂直方解石晶体的c轴方向（光轴）射人时，发生双折射，其N。= 1.6S8,N。=1.486,用上述方法作出的光率体，则是一个以c轴为旋转轴的扁形旋 转椭球体[图2.10(a),(b)】。它的特点与石英光率体相反，旋转轴为短轴（光轴） 光沿光轴方向振动的折射率总比垂直于光轴方向的折射率要小些，即N。<N。,称 为一轴晶负光性光率体。 无论是正光性或是负光性光率体，其直立轴（光轴）永远是八。，水平轴永运是 N。2N。与N。分别代表一轴晶晶体折射率的最大与最小值。在晶体光学中，一般
第2章光学显微分析 ·17· 以N。代表最大的折射率值，N。代表最小的折射率值。因此当N。一N,N。=N 时，则光性为正；当N。=Ng,N=N。时，则光性为负。N。与N。之间的差值，称 为一轴品品体的最大双折射率值。 在利用偏光显微镜进行品体光学鉴定时，使用的是晶体各方向的光率体切面。 轴晶光率体主要的切面有下列三种： 1)垂直光轴切面为圆切面，其半径等于N,。光波垂直这种切面入射时，不 发生双折射，也不改变入射光波的振动方向，其折射率等于N。,双折射率等于零。 一轴晶光率体只有这样一个圆切面。 2)平行光轴的切面为椭圆切面，其长短半径分别为N。和N。正光性光率 体的长半径为N。,短半径为N;负光性光率体的长半径为N,短半径为N。光 波垂直这种切面入射时，发生双折射分解形成两种偏光，其振动方向必定平行椭圆 切面的长短半径，相应的折射率值分别等于椭圆切面的长短半径N。和N。其双 折射率值为椭圆切面长短半径N。和N。之差，是该一轴晶矿物的最大双折射率。 3)斜交光轴的切面为椭圆切面，其长短半径为N。和N。'。光波垂直这种 切面入射时，发生双折射分解形成两种偏光，其振动方向必定平行椭圆切面的长短 半径，相应的折射率值分别等于椭圆切面的长短半径N。和N',其中N。'介于N。 与N之间。其双折射率值为椭圆切面长短半径N。和N'之差，其大小在零到最 大双折射率V。一N。之间。一轴晶任何斜交光轴的椭圆切面的长短半径中始终 有一个是N。,当光性为正时，短半径为N。:当光性为负时，长半径为N。 3.二轴品光率体 低级晶族（斜方、单斜、三斜晶系）晶体属二轴晶。这类晶体的三个结晶轴( b、c)单位不等，表明晶体在三维空间的不均性。因此二轴晶的光率体是一个三 轴椭球体，三轴椭球体中三个互相垂直的轴，代表二轴晶矿物的三个主要光学方 向，称为光学主轴，简称主轴，即N:轴、N。轴和N轴。三根主轴两两组成光率 体的三个主轴面，即NN,面、NNm面和NN。面。对应于其他振动方向的折 射率值递变于Ng和N。之间。 因为二轴晶光率体是一个三轴椭球体，三个主轴的相对大小是Ng>Nm> N,所以通过Nm轴在光率体的一边，可作出一系列的椭圆切面，它们的一个半径 是Vm,另一个半径连续变化于N.与N。之间。因为是连续变化，所以在Ng到 N。中间总可以找到一个半径相当于Nm的圆切面[图2.11(a),(b)]。同样在另 一侧也可以找出一个圆切面，故圆切面在三轴椭球中有两个。当光垂直这两个圆 切面入射时，都不产生双折射，故称这两个方向为光轴，一般以OA表示。在二轴 晶晶体中，通过光率体中心，只能找出两个圆切面，只有两个光轴，所以称为二 轴晶
·18 材料研究方法 图21！二轴晶光率体的构成 包含两光轴的平面称为光轴面（与主轴面NN。一致），般以符号A。表示。 通过光率体中心且垂直光轴面方向称光学法线（与主轴N。一致）。两根光轴之间 的夹角称为光轴角。光轴角有锐角和钝角之分，锐角以符号2V表示，钝角以符号 2E表示。锐角的平分线称锐角等分线，以符号B,表示：钝角的平分线称钝角等 分线，以符号B,表示。二者均包含在光轴面上。 二轴晶光率体也有正负之分（图2.12），区分正负光性可用锐角等分线为Ng 或Nn来确定。 对二轴晶光率体的三个主折射率而言： Ng-Nm>Nm-N,时，Nm比较接近Nn值，两根光轴接近Ng轴，为正光性： Ng-Nm<Nm-N,时，Nm比较接近N。值，两根光轴接近N,轴，为负光性。 二轴晶光率体的主要切面有： 1)垂直光轴的切面。为圆切面，其半径等于Nm。光垂直这种切面人射时，不 发生双折射，也不改变入射光波的振动方向，其折射率等于Nm,双折射率等于令。 2)平行光轴面(N.N。面)的切面。其长短半径分别等于N。与Np。光垂直 这种切面入射（即沿Nm人射）时，发生双折射，分解形成两种偏光，其振动方向分 别平行主轴Na轴与N,轴，折射率分别等于主折射率Ng与N,双折射率等于 N。一Np,为二轴晶的最大双折射率。 3)垂直B的切面。为椭圆切面，正光性晶体相当于主轴面NmN。面，负光 性晶体相当于主轴面NgNm面。光垂直这种切面人射（即沿B。方向入射）时，发 生双折射，双折射率等于Nm一N。或Ng-Nm,其大小介于零与最大值之间 4)垂直B的切面。为椭圆切面，正光性晶体相当于主轴面N,Nm面，负光 性晶体相当于主轴面NN。面。光垂直这种切面人射（即沿B方向人射）时，发