·24. 材料研究方法 司 a 图2.16及克线的成因及移动规律(N>n) 缓[图2.16(b)],平行光线射到接触面上，光由光密介质进人光疏介质，光远离法 线方向折射，光线均向折射率高的一边折射。 不管两介质如何接触，贝克线移动的规律总是：提升镜简，贝克线向折射率大 的介质移动。根据贝克线移动规律，可以比较相邻两品体折射率的相对大小。在 观察贝克线时，适当缩小光圈，降低视域的亮度，使贝克线能清楚地看到。 在单偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面 显得粗糙呈麻点状，好像粗糙皮革一样，这种现象称为糙面。 糙面产生的原因是晶体光片表面具有一些显微状的凹凸不平，覆盖在晶体之 上的树胶，其折射率又与晶体折射率不同，光线通过二者的接触面时，发生折射，甚 至全反射作用，致使光片中晶体表面的光线集散不一，而显得明暗程度不相同，给 人以粗糙的感觉。 同时，在晶体形貌观察时还会感觉到不同晶体表面好像高低不平。某些晶体 显得高一些，某些晶体显得低平一些，这种现象称为突起。突起仅仅是入们视力的 一种感觉，因为在同一光片中，各个晶体表面实际上是在同水平面上，这种视觉 上的突起主要是由于晶体折射率与周围树胶折射率不同而引起的。晶体折射率与 树胶折射率相差越大，则晶体的突起越高。 在晶体光片制备时使用的树胶折射率等于1.54，对折射率大于树胶的晶体属 正突起，折射率小于树胶的晶体属负突起，在晶体光学鉴定时可利用贝克线区分品 体的正负突起。根据光片中突起的高低、轮廓，糙面的明显程度，一般把晶体的突 起划分为六个等级，如表2.1所示。 表2.】哭起等级及特征 突起等级 折射率 旋面及轮廓特征 实例 负突起 <1.48 面及轮显著，提升镜筒，负完线移向树胶 董石 负低突起 1.48-1.54 表面光滑，轮廓不明显，提升镜简，贝克线移向树胶 正长石 正低突起 1.54-1.60 表面光将，轮廓不清楚，提升镜筒，贝克线移向品体 石英 正中笑起 L.60-1.66 表面略显粗检，轮廓清楚，贝克线移向晶体 硅灰石 正高突起 1.66-1.78 表面显著，轮席明显而较宽，贝克线移向品体 透石 正极高突起 >1.78 表面显著，轮廓很寞，贝克线移向品体 斜科结石
第2章光学显低分析 ·25· 非均质体晶体的折射率随光波在晶体中的振动方向不同而有差异。双折射率 很大的晶体，在单偏光镜下，旋转物台，突起高低发生明显的变化，这种现象称为闪 突起。例如，方解石晶体有明显的闪突起，可以作为鉴定晶体的一个重要特征。 3.正交偏光镜下的晶体光学性质 所谓正交偏光镜，就是下偏光镜和上偏光镜联合使用，并且两偏光镜的振动面 处于生相垂直位置（图2.17）。为了观察方便，要使两偏光镜的振动方向严格与目 镜“东西”、“南北”十字丝一致。在正交偏光镜下观察时，人射光是近于平行的光 束，故又称为平行正交偏光镜。 在正交偏光镜的物台上，如不放任何品体光片时（图217），其视域是黑暗的。 因为光通过下偏光镜，其振动方向被限制在下偏光镜的振动面PP内，当PP方向 振动的光到达上偏光镜AA时，由于两振动方向互相垂直，光无法通过上偏光镜， 所以视域是黑暗的。 若在正交偏光镜下的物台上放置晶体光片，由于晶体的性质和切片方向不同， 将出现消光和干涉等光学现象 上偏光 图2.17正交偏光镜的装置和光学特点 图2.18品体在正交偏光镜下的消光现象 (1)消光现象 晶体在正交偏光镜下呈现黑暗的现象，称为消光现象。消光现象包括全消光 和四次消光两种。 在正交偏光镜下放均质体任意方向切片和非均质体垂直光轴的切片[图2.18 ()],由于这两种切片的光率体切面皆为圆切面，光波垂直这种切片人射时，不发 生双折射，也不改变人射光的振动方向。所以自下偏光镜透出的振动方向平行 PP的偏光，通过晶体后，不改变原来的振动方向并与上偏光镜的振动方向AA垂
·26· 材料研究方法 直，故不能透出上偏光镜，使视域黑暗。旋转物台360°，消光现象不改变。这种消 光现象称为全消光。非晶体、等轴晶系的晶体和非均质晶体垂直光轴的切片均为 全消光。 在正交偏光镜下放上非均质体其他方向的切片，由于这种切片的光率体切面 均为椭圆，当椭圆切面的长、短半径与上，下偏光镜的振动方向(PP、AA)一致时 [图2.18(b)],从下偏光镜透出的振动方向平行PP的偏光，可以透过晶体而不改 变原来的振动方向。当它到达上偏光镜时，因PP与AA垂直，透不过上偏光镜而 使晶体消光。在其他位置时则总有部分光透过上偏光镜。旋转物台360`，晶体切 片上的光率体椭圆半径与上、下偏光镜的振动方向有四次平行的机会（即消光位）， 故晶体出现四次消光现象。 由此可知，在正交偏光镜下呈现全消光的晶体，可能是均质体，也可能是非均 质体垂直光轴的切片。而呈现四次消光的，一定是非均质体晶体。所以四次消光 是非均质体的特征。 非均质体垂直光轴以外的任意方向切片，不在消光位时，则将发生干涉作用。 (2)千涉现象 当非均质体任意方向切片上的光率体椭圆 半径K1、K,与上，下偏光镜的振动方向AA、PP 斜交时（图2.19），自然光透过下偏光镜以振动方 向平行PP的偏光进人晶体切片后，发生双折射】 G K?O 分解形成振动方向平行K:,K2的两种偏光。 K1、K2的折射率不等(Nk,>Nk),在切片中的 传播速度也不相同(K1为慢光，K2为快光)，因 此它们透出晶体切片的时间必有先后，于是就产 生了光程差，以R表示，如式(2.4)所示。当K1 图2.19薄片置于正交镜下 K2透过切片在空气中传播时，由于传播速度相 的干涉作用 同，所以它们在到达上偏光镜之前，光程差保持 不变。 R =d(Ng -Np) (2.4) 式中：R为光程差；d为晶体厚度：Ng、N。为晶体光率体切面的主折射率。光程差 通常以m为单位表示。光程差的大小取决于晶体的双折射率和晶体的厚度。 K1、K2两条偏光的振动方向与上偏光镜的振动方向(AA)斜交，故当K1、K2 先后进入上偏光镜时再度分解，形成K,'、K和K2'、K2四条偏光。其中K,”和 K2”的振动方向垂直于上偏光镜的振动方向AA,不能透过上偏光镜：K:'和K2的 振动方向平行于上偏光镜的振动方向AA,因此全部透过。由于K1'和K2均起源
第2章光学显撤分析 ·27. 于射入晶体之前的那束偏振光，两者振动频率相同，均在AA平面内振动，且存在 光程差，故将会导致光的干涉效应。K:、K2两束光相叠加后的合成光波振幅为 A?=OB2sin22asin2(R/A) =OB2sin22asin2[d(N.-N)n/] (2.5) 式中：OB为入射光的强度：a为品体切片上光率体椭圆半径与偏光镜振动方向间 的夹角，转动物台可以改变a角：入为所用单色光的波长， 当晶体切片内的光波振动方向与上、下偏光镜的振动方向平行时，α=0， A,=0,晶体切片处于消光位。旋转物台一周，当α=0°、90°、180°、270°时，均出现 消光现象。而当。=45135°225和315°时，晶体的亮度最大。 如果使用单色光作光源，当光程差为波长的整数倍时，si[d(N.-N,)π/ A]=siπ=0，A,=0,此时晶体切片呈黑色。当光程差为半波长的奇数倍时， si[(2n+1)r2]〧1，使合成波振幅A,最大，干涉结果使光增强。如果沿石英光 轴方向，由薄至厚磨成一条楔形的光片（称为石英楔）。石英的最大双折率N。一N。 =0.009是固定常数。此时光程差的改变只随着石英楔的厚度变化。当由薄至厚 逐渐插入石英楔，造成光程差均匀增加，此时在视域里就可看到明暗相间的条带 (图2.0)。在R=2d2处，光消失呈现黑带；在R=[(2n+1)入2]处，光线加强 而呈现单色光的亮带（最亮）。在光程差介于二者之间处，则明亮程度介于全黑与 最亮之间。明暗条带相间的距离由单色光的波长而定，红光波长较长，明暗条带的 距离大；紫光波长较短，明暗条带的距离也小。 光抽 0-012号：2n多x3384n25元 图2,20用单色光照射石英禊的情况 (3)千涉色及色谱表 白光由七种不同波长的单色光组成，由于不同单色光发生的消光位和最强位 因各自波长而处于不同位置，因此七种单色光的明暗干涉条纹互相叠加而构成了 与光程差相对应的特殊混合色，称为干涉色，它是由白光干涉而成。干涉色的颜色 只决定于光程差的大小，Q角只能影响干涉色的亮度。 在白光的照射下，将石英楔插人试板孔中，薄的一端在前，随着石英楔慢慢推 入，可以见到石英楔的干涉色连续不断地变化，当光程差为零时，石英楔呈黑色，光
·28· 材料研究方法 程差逐渐增加，于涉色由黑色变为钢灰，然后顺着下列次序变化：钢灰、蓝灰、白、黄 白，亮黄、橙黄、红、紫、蓝绿、黄绿橙黄、狎红、淡紫、灰落、淡绿.高级白。这种 随着光程差的逐渐增加，产生的一系列有规律变化的干涉色序，称为干涉色级序。 在干涉色级序中，颜色与颜色之间是逐渐过護的，没有明显的界限，干涉色级序越 高，界限越不明显。通常将千涉色级序划分以下几级。 第-级：光程差为0~560m。干涉色由低到高为：黑、钢灰，蓝灰、白，黄白，亮 黄，橙黄、红、紫红。这一级特征是光程差为200m左右时，各色波长的光均具有 一定的亮度，互相混合而成白色，称一级白色。一级干涉色中没有蓝色与绿色。 第二级：光程差为560~1120mm。干涉色由低到高为：紫蓝、绿、黄绿，橙红等 色。其特征是颜色鲜艳，色带之间界限较清楚。 第三级：光程差为1120~1680nm。干涉色由低到高为：紫、蓝，蓝绿、黄绿 黄、橙，红。其特征不如二级鲜艳，色带之间的界限不如二级那样清楚。 第四级：光程差为1680n以上。干涉色由低到高为：紫灰、青灰、绿灰，淡蓝 绿、浅橙红、高级白色。四级干涉色一般色调很淡，色带之间完全是逐渐过渡，无明 显界限。当光程差增加到五级以上，各色光都不等量的出现，它们混合起来成为近 似白色色调的颜色，称为高级白。如方解石平行光轴的切片上，双折射率N。一 N。=0.172,当光片厚度磨到0.03mm时，其光程差R=d(N。-Ne)=5160nm,呈 现高级白色。这是高双折射率晶体的特征。 干涉色级序的高低取决于光程差的大小，而光程差的大小又随着光片厚度和 双折射率的大小而变化，所以干涉色级序的高低应取决于晶体光片的厚度和双折 射率的大小。在标准厚度0.03m的光片中，同一晶体因切片方向不同，显示出不 同的干涉色，-一轴晶垂直光轴切片的双折射率等于零，呈全消光，不显于涉色。平 行光轴切片的双折射率最大，具有最高干涉色。其他方向切片的干涉色介于上述 两者之间。同样，二轴晶垂直光轴切片为全消光，平行光轴面切片的于涉色为最 高，其他方向切片的干涉色变化于全黑与最高干涉色之间。显然在鉴定晶体时，测 定最高干涉色才有意义。 表示干涉色级序的图表，称为色谱表，如图2.21所示，它是利用R=d(Ng N)公式中切片厚度、双折射率及光程差三者之间的关系作出的。这个色谱表是 米舍尔-列维在1889年创制的，故又称米舍尔-列维色谱表 色谐表的水平方向表示光程差及大小，单位为m:垂直方向表示光片厚度，以 mm为单位；从坐标原点放射出来的一条条斜线表示双折射率的大小，每一根直线 代表一个双折射率值，位于直线的末端。一定的光程差，对应于一定的干涉色。在 各光程差的位置上，填上相应的干涉色即成色谐表。 在图表上表示了光程差、光片厚度和双折射率三者之间的关系，所以当三者中 知道其中两个，应用色谐表，就可求出第三数值