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第二章第二章 光学显微分析光学显微分析前言前言 光学显微分析的发展光学显微分析的发展 1515世纪中叶：放大镜（单式显微镜）世纪中叶：放大镜（单式显微镜）15901590年荷兰年荷兰Hans and Zacharias JanssenHans and Zacharias Janssen：复：复式显微镜式显微镜 1717世纪中叶世纪中叶R.HookeR.Hooke：设计第一台性能较好：设计第一台性能较好的显微镜的显微镜 Christiaan HuygensChristiaan Huygens：惠更斯目镜：惠更斯目镜 1919世纪德国世纪德国Ernst AbbeErnst Abbe阐明光学显微镜成像原阐明光学显微镜成像原理，光学显微镜分辨本领达理，光学显微镜分辨本领达0.20.2微米理论极限微米理论极限 罗伯特罗伯特 虎克制造的显微镜（虎克制造的显微镜（1665）罗伯特罗伯特 虎克观察虎克观察 到的细胞到的细胞1665 列文虎克和他的显微镜（约1680）列文虎克观察到的列文虎克观察到的“小动物小动物”光学显微镜光学显微镜透射光显微镜透射光显微镜反射光显微镜反射光显微镜第一节第一节第一节第一节 光在晶体中的传播光在晶体中的传播光在晶体中的传播光在晶体中的传播 1 1 1 1 光的特征光的特征光的特征光的特征qq光是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直（横波）光是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直（横波）光是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直（横波）光是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直（横波）,可见光是电磁可见光是电磁可见光是电磁可见光是电磁波谱中的一段，波长波谱中的一段，波长波谱中的一段，波长波谱中的一段，波长39003900390039007700770077007700埃。埃。埃。埃。qq39003900390039004460 4460 4460 4460 4640464046404640 5000500050005000 5780578057805780 5920 5920 5920 5920 6200 6200 6200 6200 7700770077007700qq|紫紫紫紫|兰兰兰兰|青青青青|绿绿绿绿|黄黄黄黄|橙橙橙橙|红红红红|一、自然光与偏光一、自然光与偏光2.自然光和偏振光自然光：垂直于光的传播方向振动，在垂直于光的传自然光：垂直于光的传播方向振动，在垂直于光的传播方向的平面内的任意方向振动。播方向的平面内的任意方向振动。偏振光：垂直于光的传播方向振动，且只在垂直于光偏振光：垂直于光的传播方向振动，且只在垂直于光的传播方向的平面内的某一方向振动。的传播方向的平面内的某一方向振动。二二二二 光的折射及折射率光的折射及折射率光的折射及折射率光的折射及折射率 1 1 1 1、折射率的概念、折射率的概念、折射率的概念、折射率的概念qq无论自然光还是偏光，当从一种介质传播到另一介质，在两介质的界面上无论自然光还是偏光，当从一种介质传播到另一介质，在两介质的界面上无论自然光还是偏光，当从一种介质传播到另一介质，在两介质的界面上无论自然光还是偏光，当从一种介质传播到另一介质，在两介质的界面上将产生折射现象将产生折射现象将产生折射现象将产生折射现象qq由于光在不同的介质中的传播速度不同，介质分界面上光发生不同程度的由于光在不同的介质中的传播速度不同，介质分界面上光发生不同程度的由于光在不同的介质中的传播速度不同，介质分界面上光发生不同程度的由于光在不同的介质中的传播速度不同，介质分界面上光发生不同程度的折射进入第二种介质折射进入第二种介质折射进入第二种介质折射进入第二种介质qq入射角正弦与折射角正弦之比，对于两种固定的介质来说，是一个常数。入射角正弦与折射角正弦之比，对于两种固定的介质来说，是一个常数。入射角正弦与折射角正弦之比，对于两种固定的介质来说，是一个常数。入射角正弦与折射角正弦之比，对于两种固定的介质来说，是一个常数。这就是折射定律。可以用公式表示：这就是折射定律。可以用公式表示：这就是折射定律。可以用公式表示：这就是折射定律。可以用公式表示：式中式中式中式中Vi:Vi:Vi:Vi:光在入射介质中（介质光在入射介质中（介质光在入射介质中（介质光在入射介质中（介质1 1 1 1）的传播速度，）的传播速度，）的传播速度，）的传播速度，i:i:i:i:入射角入射角入射角入射角VrVrVrVr光在折射介质中（介质光在折射介质中（介质光在折射介质中（介质光在折射介质中（介质2 2 2 2）的传播速度，）的传播速度，）的传播速度，）的传播速度，r:r:r:r:折射角折射角折射角折射角N:N:N:N:折射介质对入射介质的折射率折射介质对入射介质的折射率折射介质对入射介质的折射率折射介质对入射介质的折射率2 2 2 2、绝对折射率、绝对折射率、绝对折射率、绝对折射率qq如果把真空作为第一种介质，任何物质相对于真空的折射率称为绝对折如果把真空作为第一种介质，任何物质相对于真空的折射率称为绝对折如果把真空作为第一种介质，任何物质相对于真空的折射率称为绝对折如果把真空作为第一种介质，任何物质相对于真空的折射率称为绝对折射率，简称折射率。射率，简称折射率。射率，简称折射率。射率，简称折射率。qq空气的折射率为空气的折射率为空气的折射率为空气的折射率为1.0031.0031.0031.003即光在空气中的传播速度与真空中相近，通常把即光在空气中的传播速度与真空中相近，通常把即光在空气中的传播速度与真空中相近，通常把即光在空气中的传播速度与真空中相近，通常把空气折射率近似看作空气折射率近似看作空气折射率近似看作空气折射率近似看作1 1 1 1。qq从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小。晶体中从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小。晶体中从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小。晶体中从上式也可以看出，光在介质中的传播速度越大，折射率越小。晶体中光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于光的传播速度总是小于真空，因而晶体中的折射率总是大于1 1 1 1。3 3 3 3、折射率色散、折射率色散、折射率色散、折射率色散q同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异同一种介质的折射率大小视所用光波的波长而异q对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。同一介质在紫光中测得对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。同一介质在紫光中测得的折射率最大，在红光中测得的折射率最小的折射率最大，在红光中测得的折射率最小q晶体的折射率色散能力，是指晶体在两种波长中测定的晶体的折射率色散能力，是指晶体在两种波长中测定的N N值之差，差值值之差，差值越大，色散能力越强，差值越小，色散能力越弱。如萤石色散能力弱，越大，色散能力越强，差值越小，色散能力越弱。如萤石色散能力弱，N N紫紫N N红红0.006860.00686。金刚石色散能力强，。金刚石色散能力强，N N紫紫N N红红0.057410.05741q不同状态的介质，色散能力也有差异，液体色散能力较固体强不同状态的介质，色散能力也有差异，液体色散能力较固体强q为了不受色散影响，测折射率宜在单色光进行，通常的利用黄光为了不受色散影响，测折射率宜在单色光进行，通常的利用黄光 4 4 4 4、全反射、全反射、全反射、全反射 q光从光疏介质光密介质，入射角会小于折射角，当折射角等光从光疏介质光密介质，入射角会小于折射角，当折射角等于于9090度时，光线不再进入第二介质，而是全部从界面上反射回度时，光线不再进入第二介质，而是全部从界面上反射回来，这种现象叫全反射来，这种现象叫全反射q此时的入射角称为临界角。可以用下式表示：此时的入射角称为临界角。可以用下式表示：只要知道了两种介质的只要知道了两种介质的N N值的大小，即可得出临界角的大小。值的大小，即可得出临界角的大小。5 5 5 5、双折射现象双折射现象双折射现象双折射现象：q一轴晶一轴晶只有一个方向不发生双折射，即一根光轴只有一个方向不发生双折射，即一根光轴此类晶体有三方晶系、四方晶系、六方晶系体此类晶体有三方晶系、四方晶系、六方晶系体q二轴晶二轴晶有两个方向不发生双折射，即两根光轴有两个方向不发生双折射，即两根光轴此类晶体有斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系此类晶体有斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系q光入射非均质体，产生两条振动方向垂直的光波，这种现象称为光入射非均质体，产生两条振动方向垂直的光波，这种现象称为双折射双折射q光波入射光性非均质体中只有特定方向不产生双折射，不发生双光波入射光性非均质体中只有特定方向不产生双折射，不发生双折射的特殊方向称为光轴。折射的特殊方向称为光轴。q一轴晶双折射的特点一轴晶双折射的特点:一束偏光的振动方向永远垂直光轴一束偏光的振动方向永远垂直光轴传播速度及折射率值不变，称为常光传播速度及折射率值不变，称为常光,符号符号O O表表示示常光的折射率值不随入射光波的振动方向的改常光的折射率值不随入射光波的振动方向的改变而改变，其折射率值用变而改变，其折射率值用NoNo表示表示另一偏光的振动方向在光波的传播方向及光轴另一偏光的振动方向在光波的传播方向及光轴所构成的平面内所构成的平面内其传播速度与折射率值随光波的振动方向的改其传播速度与折射率值随光波的振动方向的改变而改变，称为非常光，以符号变而改变，称为非常光，以符号E E表示，折射率表示，折射率值用值用NeNe表示。表示。6.光率体光率体是表示光波在晶体中传播时，光波振动方光率体是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向与相应折射率值之间关系的一种光性指示体。向与相应折射率值之间关系的一种光性指示体。7.光在非均质体光率体中的传播 自然光在光率体椭圆切面中的传播自然光在光率体椭圆切面中的传播 偏振光在光率体椭圆切面中的传播偏振光在光率体椭圆切面中的传播2.3 光学显微分析方法2.3.1 偏光显微镜 镜臂、镜筒、镜座、镜臂、镜筒、镜座、反光镜、下偏光镜、反光镜、下偏光镜、锁光圈、聚光镜、载物台、锁光圈、聚光镜、载物台、物镜、目镜、物镜、目镜、上偏光镜、勃氏镜、上偏光镜、勃氏镜、粗调螺丝、细调螺丝、粗调螺丝、细调螺丝、附件等附件等 偏光显微镜的构造1、目镜，2、镜筒，3、勃氏镜，4、粗动手轮，5、微调手轮，6、镜臂，7、镜座，8、上偏光镜，9、试板孔，10、物镜，11、载物台，12、聚光镜，13、锁光圈，14、下偏光镜，15、反光镜 物镜的分辨率物镜的分辨率 光孔角光孔角 数值孔径数值孔径 N.AN.A=n nsinsin 物镜分辨率物镜分辨率 放大倍数越高，数值孔径越大。数值孔径越大，分辨率越高。3.3.单偏光镜下晶体光学性质 单偏光镜组成单偏光镜组成（使用下偏光镜）（使用下偏光镜）单偏光镜下晶体光学性质单偏光镜下晶体光学性质 晶体形态、大小、含量、颜色、多色性、解理、晶体形态、大小、含量、颜色、多色性、解理、轮廓、糙面、贝克线、突起、闪突起等轮廓、糙面、贝克线、突起、闪突起等 （1 1）晶形：）晶形：晶体形态晶体形态 晶体自形程度晶体自形程度 自形晶、半自形晶、它形晶、骸晶自形晶、半自形晶、它形晶、骸晶 （2）解理 极完全解理、完全解理、不完全解理极完全解理、完全解理、不完全解理 解理角解理角（3）颜色和多色性 多色性多色性 多色性公式多色性公式 Ng=Ng=深绿色，深绿色，Nm=Nm=绿色，绿色，Np=Np=浅黄绿色（普通角闪石）浅黄绿色（普通角闪石）No=No=深蓝色，深蓝色，Ne=Ne=浅紫色浅紫色（电气石）（电气石）吸收性吸收性 吸收性公式吸收性公式 NgNmNpNgNmNp（正吸收）（正吸收）NpNmNgNpNmNg（反吸收）（反吸收）NoNeNoNe（4）轮廓、贝克线、糙面、突起及闪突起 轮廓与贝克线轮廓与贝克线 贝克线成因 提升镜筒，贝克线移向折射率大的方向提升镜筒，贝克线移向折射率大的方向4.正交偏光镜下晶体光学性质 正交偏光镜组成正交偏光镜组成 （使用上、下偏光镜）（使用上、下偏光镜）正交偏光镜下晶体光学性质正交偏光镜下晶体光学性质 消光现象、干涉色、光率体轴名、消光现象、干涉色、光率体轴名、双折射率、消光类型、延性符号、双折射率、消光类型、延性符号、双晶双晶 （1）消光现象 全消光、四次消光全消光、四次消光（2）干涉现象 光的干涉条件：两束光振动频率相同，均同一平光的干涉条件：两束光振动频率相同，均同一平面内振动，且存在光程差。面内振动，且存在光程差。PP：下偏光方向 AA：上偏光方向：光率体主轴与下偏光交角 K1、K2：透过晶体后的偏振光 K1、K2：透过上偏光镜的光 光程差计算a.均质体光率体、光率体圆切面：全消光 b.单色光源：=n/2时(n=0,1,2,3)消光位 =(2n+1)/4时 最亮位 载物台转动360，四次消光 光程差计算公式 R=d(Ng-Np)（3）干涉色及色谱表 单色光的干涉 R=(2n+1)/2时，sin(R/)=1，视域最亮 R=n时，sin(R/)=0，视域最暗2.3.2 反光显微镜反光显微镜 研究不透明晶体（薄片厚度在003mm时）的光学性质。反光显微镜的构造 镜座、镜臂、镜筒、载镜座、镜臂、镜筒、载物台、物镜、目镜、物台、物镜、目镜、调焦手轮、光源、视场调焦手轮、光源、视场光阑、孔径光阑光阑、孔径光阑 垂直照明器垂直照明器