晶体光学基础之光在晶体中的传播

晶体是具有格子构造的固体,拥有独特的对称性和各向异性。光在不同晶体中传播时也表现出不同的特点。自然光和偏振光在晶体中的传播也不尽相同。根据光在晶体中不同的传播特点,可以把透明物质分为光性均质体和光性非均质体两大类。

1、光性均质体

光波在各向同性介质中传播时,其传播速度不因振动方向而发生改变。也就是说,介质的折射率不因光波在介质中的振动方向不同而发生改变,其折射率值只有一个,此类介质属光性均质体(简称均质体)。光波射入均质体中发生单折射现象,不改变光波的振动特点和振动方向(如图2.6)。也就是说,自然光射入均质体后仍为自然光。偏光射入均质体后仍为偏光,且其振动方向不改变。

等轴晶系矿物的对称特性极高,在各个方向上表现出相同的光学性质,它们和各向同性的非晶质物质一样,属于光性均质体。例如石榴石、萤石、玻璃、树胶等都是均质体。

2、光性非均质体

光波在各向异性介质中传播时,其传播速度随振动方向不同而发生变化。因而其折射率值也因振动方向不同而改变,即介质的折射率值不止一个,此类介质属光性非均质体(简称非均质体)。光波射入非均质体时,除特殊方向以外,都要发生双折射现象,分解形成振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏光Po、Pe(如图2.7所示)。两种偏光折射率值之差称为双折射率。当入射光为自然光时,非均质体能够改变入射光波的振动特点,当入射光波为偏光时,也可以改变入射光波的振动方向。

中级晶族和低级晶族矿物的光学性质随方向而异,属于光性非均质体,如长石、石英、橄榄石等。绝大多数矿物属于非均质体。

当光波沿非均质体的某些特殊方向传播时(如沿中级晶族晶体的c轴方向),则不会发生双折射现象,不改变入射光波的振动特点和振动方向。这种不发生双折射的特殊方向称为光轴。中级晶族晶体只有一个光轴方向,称为一轴晶。低级晶族晶体有两个光铀方向,称为二轴晶。

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