2光学显微分析 21晶体光学基础 211可见光的一般知识 21.1.1可见光的物理常识 (1)光是一种电磁波,波长较短。λ=390~770nm。白光=500nm (2)光具有波粒二象性 (3)光的波动形式简单的说是一种正弦曲线运动 光波是横波(传播方向⊥振动方向)。 (4)自然光与偏振光 自然光:一切从实际光源发出的原始普通光,如太阳光、火光、灯光 振动特点:⊥传播方向的平面内,各方向上振幅相等, 偏振光:自然光经反射、折射、吸收等作用或人为,使其保留某一固定方向的光振 振动特点:光波只在某一固定方向上振动。 振动面:偏振光的振动方向与传播方向构成的平面。 偏光面:平行于传播方向而与振动面垂直的面。 2112光的折射 refraction) 折射介质对入射介质的相对折射率:N SIn r y 把真空作为入射介质,任何介质对真空的折射率称为绝对折射率(折射率)。 光线在介质中的传播速度与介质的折射率成反比。即N1/N2=V2/ N值的大小反映介质对光波折射的本领,N与介质密度成正比 212光性均质体和光性非均质体 2121光性均质体 等轴相系的晶体和非晶体的光学性质在各方向相同,称为光性均质体(均质体)。特点:
①传播速度不因振动方向而发生变化 ②折射率值只有一个。 ③光波射入均质体中,其固有性质不变,自然光仍为自然光,偏振光仍为偏振光。 2122光性非均质体 中级晶族和低级晶族的晶体光学性质随方向而异,称为光性非均质体(非均质体)。绝大 多数矿物属非均质体。特点 ①传播速度随振动方向不同而改变。 ②折射率不止一个。(N值因振动方向不同而改变) ③除特殊方向外,均发生双折射。 ④存在不发生双折射的特殊方向(不改变入射光波的 振动特点和振动方向)—光轴 轴晶——中级晶族二轴晶—低级晶族 213光率体 光率体是将折射率的值在光波的振动方向上以 定长度的线段表示出来的一种光性指示体。 2.1.3.1均质体光率体 圆球,半径为相应的折射率 图2-4光性均质体的光率体 21.32非均质体光率体 (1)一轴晶光率体 入射光|m Nc"Ne N。=1658 入射光 (a) 图2-5一轴晶正光性光率体 图26一轴晶负光性光率体
冫旋转椭球体(二轴椭球体),两轴分别用No和Ne表示,Ne表为光轴方向, 当Ne>No时为一轴晶正光性光率体 当NeNm>Np。 根据三者之间的差值关系,二轴晶光率体也 有正负之分 在Ng和Np之间总可以找到一个半径等于 Nm的值和Nm轴构成圆切面,这样的圆切面有两个。 22偏光显微镜及试样制备 221偏光显微镜的构造 221.1机械部分 镜座,镜筒,载物台,调焦手轮,物镜转换器。 221.2光学部分 (1)物镜 1)物镜的分辨率 物镜的分辨率:物镜分辨物体上细微特征的本领。 显微镜的分辨率=物镜的分辨率(与目镜无关,目镜只改变显微镜的放大倍数) Airy(埃利)斑:由于光的波动性,使得一个理想的物点在像平面上形成一个具有一定 尺寸的中心亮斑和周围明暗相间的圆环所构成的圆斑。 物镜的分辨率 0.610.61 N. sin a N. A
N表示物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率;α为准焦后物镜前透镜最边缘的折射 线与物镜光轴之间所成的角度。上式中Nsinα称为物镜的数值孔径,常用N·A表 (b) 图2-13两个点光源成像时形成的Airy斑 (a)Airy斑;(b)两个Airy斑靠近到刚好能分得开的临界距离时强度的叠加 要提高分辨率,可采取的措施: ①降低波长λ值,使用短波长光源 ②增大介质折射率N的值以提高N·A值,常将油浸物镜浸没在N>1的浸油中进行研究; ③增大孔径半角α以提高N·A值 2)物镜的主要参数 数值孔径、放大倍数、镜筒长度、工作距离。 (2)目镜 显微镜的放大倍数=目镜的放大倍数×物镜的放大倍数 (3)光源 (4)下偏光镜 也称起偏镜,反光镜反射的自然光通过它后成为振动方向一定的偏振光,下偏光光镜可以 转动用以调节产生的偏振光的振动方向 (5)聚光镜 偏光显微镜上一般均有两个聚光镜。 (6)孔径光阑 改变入射光束大小,控制进入视域的光量,保证图像的清晰度。 (7)上偏光镜 也称分析镜,构造和作用与上偏光镜相同,可以从光路系统中移出
(8)勃氏镜 相当于一个放大镜,放大干涉图像,可以从光路系统中移出。 2.22偏光显微镜的检验和校正 2.22.1装卸和调节 (1)选择合理倍数的物镜 (2)调节照明(对光):视域明亮 (3)调节焦距(准焦):物像清晰 2222校正 (1)中心校正 要求:显微镜的视准轴与载物台旋转轴相重合。 途径:物镜中心校正、物台中心校正。 (2)偏光镜校正 要求:上、下偏光镜偏光振动方向应已知,并使其分别与目镜十字丝平行。 〉途径:利用黑云母试样薄片 223试样制备 (1)薄片构造 ①载玻片:25×75mm ②盖玻片:15×15mm或20×20mm ③样品:标准厚度0.03mm,厚度<0.02mm为超薄片 ④粘合剂:加拿大树胶n=1.54 (2)制备过程 ①切片:20×20×5mm ②渗胶,固化处理:根据需要进行 ③磨平底面:厚度磨至1-2mm ④载片:用胶将样片粘于载玻片上 ⑤磨薄:经粗、中、细磨(磨料为碳化硅、刚玉),至0.03mm
⑥盖片:用胶将盖玻片覆盖于薄片上 23偏光显微镜下矿物的光学性质 231单偏光条件下晶体的光学性质 单偏光条件:只使用下偏光镜 主要理论:光的折射理论。 2311晶体的形态 晶体的形态主要取决于晶体的内部构造和生长环境条件。 冫综合分析2D截面,建立3D形貌概念 晶体的自形程度指的是晶体边棱的规则程度。自形晶,半自形晶,他形晶。 〉由晶体发育的完好程度,推断晶体的生成条件和结晶顺序。 231.2晶体的解理 解理:晶体在外力作用下沿一定方向裂开成较光滑平面的性质。 解理面:解理裂开的平面 解理纹:解理面与薄片平面的交线。 23.13矿物的颜色、多色性和吸收性 (1)矿物的颜色 晶体对白光中的各单色光吸收程度不同(不等量吸收),透出薄片的各色光强度比例 发生改变,矿物呈现特定的颜色。 薄片中的颜色是晶体对白光中不同波长单色光选择吸收的结果。 (2)多色性、吸收性 多色性:晶体颜色发生改变。 吸收性:颜色深浅发生改变(颜色的浓度)。 注意 具多色性、吸收性一定是非均质体
不具多色性、吸收性不一定是均质体(石英无色非均质) 23.1.4矿物的轮廓 具有不同折射率的矿物相接触,当光波在其中传播时,在他们的接触部位产生折射致使 亮度发生变化,这时在矿物颗粒周围会出现一条暗线,这条暗线称为矿物的轮廓线。 2315矿物的糙面 薄片中不同物相,有的表面光滑、明亮,有的则明暗不均,显得粗糙(呈麻点状)的 现象,称为糙面 冫产生原因:由于相邻物质N不等引起的,△N越大,现象越明显。 2316贝克线 〉在轮廓附近一条明亮的细线,升降镜筒,亮线发生移动,这条亮线称为贝克线。 轮廓线与贝克线是相伴平行而生的。 冫产生原因:相邻介质N不等,光通过接触界面时,发生折射、反射、全反射引起。 根据贝克线的移动规律,可比较相邻介质的N大小。 231.7矿物的突起 〉薄片中相邻介质间显得高低不平的现象,称为矿物的突起 产生原因:由于相邻物质N不等,光线射到两界面时发生折射引起。 〉闪突起:非均质体其△N较大时,旋转物台,突起高低随着转动而变化。 意 突起仅仅是一种感觉,是晶体边缘呈现的一种现象 有闪突起的一定是非均质体(非均质体都具有,但△N很小时,肉眼不分辨) 无闪突起的不一定是均质体 23.2正交偏光条件下晶体的光学性质 冫正交偏光条件:同时使用上、下偏光镜,且两振动方向相互垂直。 主要理论:光的干涉理论。 研究内容:晶体所表现出的干涉效应 2321均质体矿物的光学性质 全消光或永久消光
是区别均质体于非均质体矿物的重要依据 2322非均质体矿物的光学性质 非均质体矿物垂直于光轴的切片:全消光 其余方向的切片:四次消光。,不在消光位时产生干涉色 四次消光→非均质体;全消光→均质体或非均质体垂直于光轴的切片 8 频率相同 振动方向相同 在同一平面振 F涉作用 产生干涉色 存在光程差 透出矿物薄片 透出上偏光镜 23.3聚敛偏光下晶体的光学性质 聚敛偏光的条件:正交偏光+聚光镜+勃氏镜+高倍物镜 均质体矿物:全消光,这是区别均质体和非均质体的最终依据: 非均质矿物:干涉图 切片 聚光镜 聚光镜 (a) 图平行偏光和锥形偏光 (a)平行偏光;(b)锥形偏光;(c)锥形偏光剖面图 2.4反光显微镜光片研究 24.1反射光学基础 24.1.1吸收性
被矿物吸收 垂直射到矿物光滑表面上的光线透射光线→偏光显微镜 反射光线→反光显微镜 (1)透明度及吸收性矿物 透明 半透广偏光显微镜研究试样 微透明 不透明:对入射光线吸收能力强,光线不能透过标准厚度薄片的矿物,又称吸收性矿物反光显微镜研究试样 (2)吸收系数和吸收率 用来衡量矿物吸收性强弱的量 矿物的吸收系K:光线在矿物中传播一个真空波长时对光波的吸收值,称为矿物的吸收 系数,K=Nk 矿物的吸收率k:矿物对传播一个矿物波长光线的吸收值 24.1.2反射力和反射率 100% 式中:I一反射光强 入射总光强 影响反射率的因素: ①矿物的吸收系数直接决定矿物的反射率 ②矿物折射率大小显著的影响着反射率 ③同一矿物对白光中不同波长的单色光的反射率不同 ④光片磨光面的质量对矿物的反射率影响也很显著。 24.2反光显微镜 24.2.1构造 与透射型偏光显微镜的主要结构比较: 相同:机械部分、光学部分、零件盒 不同:在光学部分,拥有反射照明用的垂直照明器 垂直照明器固定在镜筒与物镜之间,由光源、进光管和反射器三部分组成 A光源 B进光管
冫垂直照明器的进光管:从光源聚光镜到校正透镜 光源聚光镜:使光线聚焦于光片表面 蓝色滤光片:吸收多余的红橙色光 孔径光阑:控制入射光束大小,调节影像反差; 视场光阑:控制视域大小,遮挡进入视域的散射光线 前偏光镜:使自然光变为平面偏光 校正透镜:校正光线中存在的色像差和球像差缺陷。 反射器 H偏镜 前孔滤光光 透光光光 镜圈镜圈 C反射器 位于垂直照明器与显微镜筒交接处,可沿水平轴 推进拉出。 作用:将进光管射来的水平光线反射向下,经物 镜照射到光片的磨光面,从光片的磨光面反射回 甘:量 来的光线向上透过反射器或从反射器的侧面到达 目镜的视域被观察研究。 分类:玻璃片、棱镜 24.2反光显微镜的使用和校正 反光显微镜的调节主要包括物镜的中心校正、偏光系统的校正和垂直照明系统的校正 (1)物镜的中心校正 与偏光显微镜的校正相同。 (2)垂直照明系统校正 光源校正:视域明亮、均匀。 视域光阑:使光阑中心与目镜中心重合,避免边缘杂乱光线干扰
