o
e
冰洲石
冰洲石下的绳子有两个像 双折射
玻璃下的绳子只有一个像 单折射 o e
冰洲石
当光线入射到矿物晶体之中时，一般都发生双 折射现象。即形成两束折射光。
一束为寻常光（ o 光），服从折射定律， 沿各方向传播的o光速度相同，即各方向的折 射率相同。 另一束为异常光（e 光），不服从折射定律， 沿各方向传播的光速度不同，即各方向的折射 率不同。
晶体光学及光性矿物学
Crystal Optics & Optical Mineralogy
（64学时）
任课教师：佘振兵 （地球科学学院） 联系方式： zbsher@ 67884734
教 材

晶体光学及光性矿物学，曾广策等编著，中国地质大学出版社，
2006，O734/Z1
参考书

No Ne’
Ne‘ 5 No
垂直OA切面 平行OA切面 斜交OA切面
正光性
负光性
3.二轴晶光率体 Biaxial indicatrix
(1)光率体形态：
三轴（半径）不等的椭球体，三 个椭圆半径分别为Ng、Nm、Np。 Ng > Nm > Np
Ng>Nm>Np Z
OA
X Y
OA
(2)光率体要素：

晶体光学:研究可见光通过透明矿物晶体时的一
些光学现象及其变化规律的学科。
研究目的：根据光学特征鉴定矿物种属、鉴定
宝石。
鉴定矿物种属有没有其它方法？ 彼此之间在原理上有哪些差异？
鉴定矿物的其他方法:
形态、力学性质（如解理、裂开）、密度、磁性
颜色（主要是吸收色）、粉末色（条痕色）、反光强
度、荧光效应等 化学成分。。。
1.均质体光率体
Isotropic indicatrix
N N
不同方向振动的光波N相等，
为一圆球体 只有一个折射率值N
N
N
任何切面都是圆切面 圆切面的半径＝N
为什么关注光率体切面？
2.一轴晶光率体
Uniaxial indicatrix
（1）特征
形态：旋转椭球体，旋转轴
与结晶轴c轴一致
晶体光学基础理论（1）小结

光的波动性：电磁波、横波 可见光（390-770nm）、单色光/白光、自然光/偏光


白光可以是自然光，也可以是偏光


自然光可以是白光，也可以是单色光
偏光可以是白光，也可以是单色光

光的折射：折射后发生了什么？V、F、 、传播方向？
光的全反射和全反射临界角

双折射：
101 .5
光轴 (optical axis, OA)：晶体
内特殊的方向，当光线沿该方
向入射时，不发生双折射。
78 .5
相关说明
（1）o 光与e 光均为偏振光，二者传播方向、传播速
度、折射率一般不同。 o 光、e 光折射率之差为双折率。
（2） 传播方向：o 光始终在入射面（晶面法线与入射线所决
有一个光轴（OA）
//Ne//C轴
No
（3）光性符号（Optic sign）的区分
Ne>No,正光性 如石英 Ne<No,负光性 如方解石
(4)主要切面及其意义
垂直OA切面：半径为No的
圆切面，可测定No的颜色和折
射率，轴性及光符
No No
平行OA切面：半径为Ne、No的椭圆，因含OA， 又称光轴面（Optic axial plane, OAP），可测Ne、No 的折射率和颜色，矿物的最大双折射率。
不发生双折射
思考：是否会发生折射？
光性非均质体
光学性质因方向而异的矿物，即除等轴晶系以 外的所有其它晶系的矿物
传播速度、折射率随光波的振动方 向而变。
有一个或者两个光轴，一轴晶和二
轴晶(中、低级晶族) 除特殊方向外均要发生双折射，分
解成两束振动方向不同、传播速度不同、
折射率不等的偏光。
光从非光轴方向入射， 产生双折射，分解成振 斜方晶系：橄榄石、紫苏辉石…… 动方向互相垂直的两束 二轴晶: 偏振光。 (3个主折射率) 单斜晶系：普通角闪石、透长石…… 三斜晶系：斜长石、硅灰石……
均质体:
思考题
1. 所有介质的折射率总是 > 1，
为什么？ 2. 垂直入射的光线如何折射？ 3. 为什么右图中玻璃杯中的铅笔 没有变成两根？
光透过多数矿物（哪些例外？），分解为2束（O、e） 折射率、波速、传播方向不同、偏振光 O光振动方向⊥主平面，e光振动方向∥主平面 双折率：abs(No－Ne)
主截面、主平面、入射面、主轴面
光的主平面：晶体中的光线与光轴所形成的平面 晶体主截面：由光轴和晶体表面的法线所组成的平面 入射面：晶面法线与入射线所决定的平面 主轴面（主切面）：包含2个主轴的切面
定的平面）内传播，且在介质中的传播速度不受振动方向的 影响；e 光一般不在入射面内，传播速度随振动方向变化。
晶面法线
晶面法线
o光：三线共面
e光：三线不共面
（3）振动方向： o 光振动方向与其主平面（光线和光轴
所决定的平面）垂直；e 光振动方向//其主平面。
o光主平面 e光主平面
o光 光轴
e光 光轴
晶体光学：强调可见光 光线在穿过透明矿物之后
产生的光学效应，借助光
学效应之间的差别来鉴别
矿物种属。
第1讲 晶体光学基础原理.上
一、光学基础知识
光的波动性
可见光、单色光与白光、自然光与偏光
光的折射与折射率
双折射和双折射率
光的全反射和全反射临界角 光性均质体与光性非均质体
1、光的波动性
每次课2学时
实验课安排（共23次课）
Practical Class



晶体光学部分 偏光显微镜的构造与使用，2课时 解理、多色性 ，2课时 突起等级、贝克线，4课时 消光、补色法则、干涉色级序，4课时 消光类型、消光角、延性，4课时 一轴晶干涉图、二轴晶干涉图，4课时 寻找定向切面、测一轴晶矿物多色性公式 ，4课时
Φ
Ni
Sinr = Sini/ N
若Sini=N,则r =90
*光波由光密介质进入光疏介质，当入射角增大 到某一临界角Φ时，会产生全反射，据此原理， 在已知Ni时，测出Φ值就能测出Nr.
5、双折射和双折射率
Double refraction & Birefringence
双折射现象的发现：冰洲石下的双像

1669年，丹麦科学家巴塞林那斯 (E.Bartholinus) 透过冰洲石看书，发现每个 字都变成了两个。

10年后，荷兰物理学家惠更斯(Christiaan Huygens) 给出了解释： 一束光进入冰洲石后分为两束（双折射） 其中一束遵从折射定律，称为常光（O 光）；另外一束不遵从折射定律，称为 非常光（e光） 冰洲石越厚，两束光分得越开。
主平面: 晶体内光线与光轴构成的平面
6、光性均质体与光性非均质体
光性均质体 Optical isotropic substance
光性非均质体 Optical anisotropic substance
光性均质体
指光学性质各个方向相同的物质，如玻璃质和 等轴晶系的矿物
传播速率不因振动方向的不同 而改变，任何方向振动的光波折 射率相同 自然光仍为自然光，偏振光仍 为偏振光
No Ne （+） （-）
Ne No
斜交OA切面：半径为Ne’、No的椭圆切面， 可测No的折射率和颜色，当斜交角较小时，可用 来确定光性符号
No Ne’
•椭圆的两半径方向决定两 偏光振动方向 •长短代表折射率
注意:一轴晶光率体所有切面上都有No。为什么？
连连看！
No 1 No 2 Ne Ne 4 No 3
实验课安排（共23次课）
光性矿物学部分



系统鉴定：普通角闪石，2课时 橄榄石及其蚀变矿物 ，2课时 辉石族矿物 ，4课时 云母族矿物 ，4课时 斜长石成分鉴定法，4课时 钾长石、石英 ，4课时 方解石、萤石 ，2课时
实验课分班：每班不超过30人
成绩评定方法

理论部分（晶体光学）：闭卷考试，占总分 50% 实践部分（光性矿物学）：平时实验课成绩， 占总分50%
第2讲 晶体光学基础原理.下
二、晶体光率体 (Optic indicatrix)（重要！）
光率体：表示光波在晶体中传播时，折射率值随光波振 动方向变化规律的一种光性指示体。（是光的振动方向，不
是传播方向，决定了晶体光学性质）
光率体不是实际的物体， 而是抽象模型，把矿物 晶体的光学性质简化为 一几何体 半径长度表示N的大小
Ne No
∥c轴入射光波,在⊥c轴的 平面内振动，折射率为No，不 发生双折射。故c轴∥ OA。
⊥c轴入射光波，分解为∥
和⊥c轴振动的两种偏光，折射
率为Ne，No。
(2)光率体要素： 有No和Ne两个主折射率，
或光率体椭球半径，介于之 间者为Ne’
OA
Ne
|Ne–No|为最大双折射率
1）由光疏进入光密物质，折向光法线；反之，偏离光法线。 2）N：折射介质对入射介质的相对折射率，若入射介质为真空，为绝 对折射率。 3）光在介质中的传播速度受微观结构（密度、质点类型、堆积的紧密 程度等）的控制，因此折射率是反映介质成分和微观结构的重要参数。
4、光的全反射和全反射临界角
Ni>Nr 据折射定律： N = Vi / Vr 密 疏 Nr Φ为全反射临界角 = Sini / Sinr = Nr / Ni