《晶體光學(xué)》課程中礦片45°位置分析的教學(xué)方法研究

陳淑靜 劉金剛

摘要：《晶體光學(xué)》是地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、資源勘查工程等專業(yè)的主干課程之一，利用偏光顯微鏡鑒定法鑒定透明礦物和巖石是地質(zhì)專業(yè)所必須掌握的技能。文章分別利用光振幅矢量分解、偏振光的干涉以及半波片的特性等方法詳細(xì)分析了礦片在45°位置時(shí)視域最亮的原因，以便學(xué)生更好的理解偏光顯微鏡下礦片的光學(xué)現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：《晶體光學(xué)》；偏光顯微鏡；干涉

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）29-0179-02

一、引言

《晶體光學(xué)》是研究、鑒定透明礦物和巖石的重要方法，在礦物學(xué)和巖石學(xué)以及冶金、建材、化工、陶瓷等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。晶體光學(xué)實(shí)驗(yàn)分為單偏光鏡、正交偏光鏡以及錐光鏡下晶體的光學(xué)性質(zhì)等內(nèi)容，其中正交偏光鏡同時(shí)使用上、下偏光鏡，并且上、下偏光鏡振動方向相互垂直。將礦物或巖石磨制成0.03毫米的薄片后放置在鏡下觀察，根據(jù)正交偏光鏡下礦片光率體橢圓半徑和上、下偏光鏡的相對位置，可以觀察到消光和干涉現(xiàn)象，將非均質(zhì)體礦片放置在正交偏光鏡下，當(dāng)其光率體橢圓半徑與上、下偏光鏡振動方向斜交時(shí)產(chǎn)生干涉作用，視野中產(chǎn)生干涉色，礦片最亮?xí)r所處的位置稱為45°位置。通常教材中采用平行四邊形法說明礦片在45°位置時(shí)視域最亮，但是此方法較為抽象。本文從光學(xué)的角度出發(fā)，探索在教學(xué)過程中，利用光振幅矢量分解、偏振光的干涉以及半波片的特性等方法解釋礦片45°位置時(shí)，礦片最明亮即干涉光強(qiáng)最強(qiáng)的原因，從而提高學(xué)生對正交偏光顯微鏡下礦片晶體光學(xué)性質(zhì)測試方法的理解和運(yùn)用能力。

二、礦片45°位置理論分析方法

（一）光振幅矢量分解法

將非均質(zhì)體非垂直光軸的礦片放置在正交偏光鏡間，礦片光率體橢圓長半徑與下偏光鏡透振方向（pp方向）的夾角為α，如圖1所示。由下偏光鏡透出的單色光，振動方向與pp方向平行，設(shè)其光振幅為OB，進(jìn)入礦片后發(fā)生雙折射。將光振幅OB分別沿礦片光率體橢圓半徑方向分解，得到OC和OD，OC=OBcosα，OD=OBsinα。只有振動方向與上偏光鏡方向（AA方向）平行的光才可以通過，因此兩束雙折射光通過上偏光鏡時(shí)沿AA方向進(jìn)行分解，分別得到OE=OCsinα，OF=ODcosα。

（三）半波片的特性

波片是能使互相垂直的兩光振動間產(chǎn)生附加光程差（或相位差）的光學(xué)器件。通常由具有精確厚度的石英、方解石或云母等雙折射晶體做成，其光軸與晶體表面平行，即在晶體內(nèi)發(fā)生雙折射的兩束光沿同一方向傳播。如果波片的厚度使兩束光的光程差為半波長的奇數(shù)倍，則這種波片稱為半波片。半波片一般具有這樣的特性，即：線偏振光垂直入射到半波片透射光仍為線偏振光，假如入射時(shí)振動面和晶體主截面之間的夾角為α，則透射出來的線偏振光的振動面從原來的方位轉(zhuǎn)過2α角。若礦片切面方向滿足礦片光軸與礦片表面平行，且單色光通過時(shí)發(fā)生雙折射的兩束光光程差正好為單色光半波長的奇數(shù)倍，則可將此礦片視為一個(gè)半波片。根據(jù)半波片的特性，若使透過上偏光鏡的光強(qiáng)最強(qiáng)，則入射的線偏振光的振動面即下偏光鏡pp方向需與上偏光鏡方向夾角90°為2α角，即下偏光鏡pp方向與礦片光率體半徑之間的夾角α為45°。

三、結(jié)語

本文分別利用光振幅分解法、偏振光的干涉法以及半波片的特性等三種理論方法，詳細(xì)分析解釋了礦片光率體橢圓半徑與上、下偏光鏡夾角為45°時(shí)，透射光的光強(qiáng)最強(qiáng)，即視域最亮。本文中三種教學(xué)分析方法的講述不僅可以加深學(xué)生對正交偏光顯微鏡下所觀察現(xiàn)象的理解，并且可以提高學(xué)生熟練掌握正交偏光顯微鏡下鑒定礦片方法的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

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