晶体光学第1章 晶体光学基础.ppt

晶体光学与岩石学 第一章 晶体光学基础 第一节 光的性质 第二节 自然光和偏光 第三节 几何光学的三大定律 第四节 光波在均质体与非均质体中的传播特征 第一节 光的性质 光和无线电波一样都是电磁波， 电磁波是电磁振动（变化的电磁场）在空间的传播 它在真空的传播速度均为Ｃ＝3?10８ m/s (每秒30万千米) 电磁波的振动方向与传播方向互相垂直，即电磁波是横波，故光波亦是横波． 据其波长 全部范围: 1015-10-5nm 按波长大 小，划分为: 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 ? 射线, 等 可见光是电磁波谱中很窄的一段，它是正常人的眼睛能见到的一段电磁波．它的波长范围大致为390－770nm 波长单位通常用纳米(nm)或埃(?)表示，一纳米是一米的十亿分之一,是一根头发直径的大约八万分之一，常用长度单位的换算关系为： 1 nm (纳米) = 1 mμ(毫微米) = 10-3 μm (微米) = 10-6 m m (毫米) = 10-7 c m (厘米) 　 = 10 ? (埃) 截面为圆，半径为振幅 二. 偏光 一、光的直线传播 二、光的反射及反射定律 反射(Reflection)：光从一种介质射入另一种介质时，在光滑界面上，如果部分光仍回到原来的介质中，这种现象称为光的反射。 三、光的折射及折射定律 1、定义：光线从一种介质进入另一种介质，在界面处传播方向便会发生改变，即入射光线和进入另一种介质的光线不在一直线上，这种现象称为光的折射(Refraction). 1) 折射线处于入射线与法线构成的平面内； 2)入射线与折射线分别位于法线两侧, 若光疏 光密, ir, 反之光密 光疏, ir. 光波从一种介质转到另一种介质时，在两种介质的分界面上将发生反射及折射现象。 折射定律（Snell’s Law）： Ni?sini= Nr ? sinr N=Nr/Ni=sini/sinr =Vi/Vr N称为第二介质（折射介质）对第一介质（入射介质）的相对折射率。 3、折射率(也称折光率）Index of refraction 1) 相对折射率 N=Vi/Vr 2) 绝对折射率(折射率) N=C/Vr 四、临界角 当光线由B射入A，如果入射角增至一定角度，使折射角等于90°，这个入射角称为全反射(Total reflection) 临界角，简称临界角?；入射角大于全反射临界角的所有入射线均发生全反射。 五、折射率与临界角的关系 NBsini=NAsinr 若i= ? , r=90 NBsin? =NAsin90 = NA 所以：sin?＝NA／NB 若A为空气， NA =1.00029 sin?＝1／NB(临界角与折射率成反比) 则任何一个已经N的物质,均可以求出?, 折射率对宝石来说是一个常数,因此临界角也是一个常数,是无法改变的,唯一能改变的是光线从宝石内进入空气前的入射角. 若琢型设计能尽可能使光线的入射角大于临界角,则光线就只在宝石内发生全反射,好的琢型可以使大部分的光线经过全反射从宝石冠部射出,从而增强宝石的亮度.钻石的折射率大，临界角小，全反射范围宽，反射量大，打磨后呈极强金刚光泽．例如：宝石加工，金刚石 sin ?＝１/2.42＝０.41 ?＝24°20’水晶 sin ? ＝１/1.55＝０.65 ?＝40°50’ 六、光的色散（Dispersion of Sunlight） 白光分解成七色光称色散,也称火彩．波长较长的红光折射率较小，波长较短的紫光的折射率较大． 自然光在三棱镜中的传播分解成七色光 对于不同波长的光波，介质具有不同的折射率。通常所称的折射率是以黄色光作为光源时物质的折射率。 要 点 折射、折射率、临界角的相互关系及其意义，折射率是用光学方法鉴定透明矿物最可靠的参数；也是宝石加工的首选参数。 三、光性均质体(各向同性介质) 只有一个折射率 光波射入均质体时,由于它的内部质点排列是一样的.光学性质不随方向发生变化,为各向同性的介质，其传播速度在各个方向都相等,所以只有一个折射率,不发生双折射.这种只有一个折射率的现象在宝石学上称之为单折射,即光无论从哪个方向穿过宝石,它的折射率都不会发生变化,这种宝石称为单折射宝石.如石榴子石. 　2.不改变入射光的振动特点 自然光——仍为自然光 偏 光——仍为