1、光的折射

无论光是自然光还是偏光，当它从一种介质传到另一介质时，在两介质的分界面上将产生反射和折射现象。反射光将按照反射定律反射回原介质中。而折射光将从一种介质传播到另一种介质中。

光从一种介质进入到另一种介质而发生折射时，入射线、折射线和两种介质分界面的法线同在一个平面内。入射线a与折射面AB法线N的夹角称入射角i，折射线b与法线N的夹角称折射角r。入射角的正弦与折射角的正弦之比等于光波在入射介质中的波速与折射介质中的波速之比，此比值称为折射介质对入射介质的相对折射率，如图2.3所示，称为折射定律。

折射定律可以借惠更斯波前原理证明并可用下列公式表示：

式中：Vi为光在入射介质中的速度；Vr为光在折射介质中的速度；N称为折射介质对入射介质的相对折射率（又称折光率）。

如果入射介质为真空，则N称为折射介质的绝对折射率，简称折射率。

从上式可以看出，介质中光传播的速度愈大，则该介质的折射率愈小；相反，如介质中光传播的速度愈小，则该介质的折射率愈大。即介质的折射率与光在介质中的传播速度成反比（Vi/Vr=Nr/Ni）。

光在真空中的传播速度最大，而光在空气中的传播速度与光在真空中的传播速度几乎相等。因此通常也可将空气的折射率视为1(严格说空气的折射率应为1.003)。在其它各种液体和固体中，光的传播速度总是小于真空中光的传播速度，故它的折射率总是大于1。

同一介质的折射率因所用光波的波长而异，这种性质称为折射率色散。对于同一介质，光波的波长与折射率成反比。在可见光谱中，紫光波长最短，红光波长最长。因此同一介质在紫光中测定的折射率最大，而在红光中测定的折射率最小，用其它色光测得的折射率值介于两者之间。

晶体的折射率色散能力，是指晶体在两种波长光波中测定的折射率的差值。差值越大，色散能力越强，反之则越弱。如萤石的色散能力很小，N紫-N红=0.00868；而金刚石的色散能力很强，N紫-N红=0.05741。此外，不同物态的介质，色散能力也有差异。一般来讲液体的色散能力较固体强，这对于用油浸法测定晶体的折射率很重要。为了不受色散的影响，测定折射率时，宜在单色光中进行，通常就是利用黄色光，即用钠光灯作光源（波长在可见光谱的中部）。在一般文献中列出的矿物折射率值，都是指黄色光中测定的数值。

2、光的吸收

一束光线照射到物质的表面，一部分光线被反射，另一部分光线透过（透明材料），还有一部分光线要被物质所吸收。光的吸收主要是光的波动能转换为热能等其他形式的结果。

当光射入吸收性物质后，光的振幅随着透入深度的增大而不断减小，图2.4绘出了这种减弱情况。兰伯特（J.H.Lambert）吸收指数定律则给出了光吸收的数学表达式：

式中，Ix为透过厚度为x的光强，I为入射光强，x为透入深度，α为比例常数。

3、光的反射

根据反射的基本定律，以反射表面法线为基准的入射角和反射角是相等的，入射光线、反射光线和反射表面法线处于同一平面上。

在精抛光平面上可获得单向反射（表面不平整度小于光波长），而在粗糙表面上则呈漫反射。反射光的强度和波长取决于表面的本性和反射介质的光学性质。通常具有不定域电子的导电体或半导体材料是不透明的，并且呈现很好的反射率。而以离子或共价键特征为主的材料是透明的，但有时是有色的。这是由于流动的电子会吸收任何波长的光，而键合电子只与个别波长的光相互作用。

物质对投射在它的表面或磨光面上光线的反射能力称为反射力。表示反射力大小的数值称为反射率：

式中：R为反射率，Ir为反射光的强度，Ii为入射光的强度。

如果物质表面对白光中七种色光等量反射，则物质没有反射色，只是根据反射率的大小而呈现为白色或程度不等的灰色；反射率大的物质呈白色，反射率小的物质呈灰色。如果物质对七种色光选择反射，使某些色光反射多一些，则物质会呈现反射色。所以反射色专指物质表面选择反射色光而产生的颜色，又称表色，是由于物质表面选择反射作用的结果，即物质对不同波长的色光的反射力不同而形成的。许多金属材料有很显著的特征反射色，如黄铁矿为黄色反射色，赤铁矿为无色或者蓝灰色反射色。因此，反射色是鉴定不透明物质的重要特征。

有些晶体材料在不同方向上具有不同的折射率，在材料表面的反射力也不相同，而呈现双反射现象。用一束偏振光以不同方位照射这些晶体材料，会产生明显的反射多色性。

一束白光射到矿物表面后，除了一部分光线被反射外，另一部分光线被折射透入矿物内部，若遇到矿物内部的解理、裂隙、空洞及包裹体等不同介质的分界面时，光线会被反射出来，这叫做矿物的内反射作用（图2.5）。由于内反射作用所产生的颜色称内反射色，又称之为矿物的体色。

物质的颜色、反射色和内反射色三者有着不同的概念，应将它们区别开来。物质的颜色是指肉眼下所见到的颜色，它是物质对白光中七色波选择性吸收的结果。反射色是指物质的光滑表面或磨光面上，因选择性反射作用所造成的颜色，为表色。内反射色是物质内部反射作用（包括光的干涉作用）所形成的颜色。由于三种颜色的成因不同，在不同的物质上呈现不同的特征。在同一个矿物上，其肉眼观察的颜色（手标本上的颜色）与光片上的颜色以及薄片中的颜色都不一定相同。它们之间又有相互的关系：

（1）反射率R>40％的矿物，由于对入射光的吸收太强烈，一般条件下没有内反射作用，即见不到内反射色，这些矿物（所谓不透明矿物）的颜色与反射色是一致的，它们的颜色主要决定于表色。

（2）反射率在40％-30％之间的矿物，其少数具有内反射，矿物的颜色多数仍决定于表色。

（3）反射率在30％-20％之间的矿物，具有一定的透明度，它们可以反射出一部分光，又可以透出一部分光，而且普遍具有内反射，它们的内反射与颜色一致，与反射色互为补色。

（4）反射率R<20％的矿物，绝大多数为透明矿物，因此都有内反射，内反射色为无色、灰白色或由于白光的分解和干涉作用产生的彩色，与矿物的颜色一致。