垂直光轴切面的干涉图

垂直一个光轴切面的干涉图~

(一)图像特点(图 5 －22，图版Ⅳ －1、图版Ⅳ －3 ～ 图版Ⅳ －6)在图像特点上，二轴晶垂直一个光轴切面的干涉图相当于垂直 Bxa 切面干涉图的一半，其光轴出露点位于视域中心。当光轴面(AP)与上、下偏光镜振动方向之一平行时，为一个直的黑带及卵形干涉色圈组成(双折率较大时)(图 5 － 22A 及图版Ⅳ － 3、Ⅳ － 5)。转动物台，黑带发生弯曲。当光轴面与上、下偏光镜振动方向成 45°夹角时，黑带弯曲度最大(图 5 －22B 及图版Ⅳ －1、图版Ⅳ －4、图版Ⅳ －6)。另外，弯曲黑带顶点为光轴出露点(位于视域中心)，并且弯曲黑带顶点凸向 Bxa 出露点。继续转动物台，弯曲黑带逐渐变直。转至 90°时，又成为一个直的黑带，但其分布方向已经改变(图5 －22C)。继续转动物台，黑带再度弯曲，至 135°时弯曲度最大，但弯曲黑带顶点凸出方向已经改变(图 5 －22D)。不过，弯曲黑带顶点仍位于视域中心。
(二)成因
二轴晶垂直一个光轴切面干涉图的成因与垂直 Bxa 切面干涉图的成因是相似的，但因其光轴方向垂直矿片平面，一个光轴出露点位于视域中心(另外一个光轴和 Bxa 出露点位于视域之外)。因此，只能看到一条黑带(矿片双折率大或矿片较厚时，可以出现卵形干涉色圈)。转动物台过程中，黑带要发生弯曲，但其光轴出露点始终不会离开视域中心。当然，如果矿片的 2V 较小(一般为 15°及以下)，另外一个光轴和 Bxa 出露点也可以出现在视域之内，此时所显示的干涉图虽然与垂直 Bxa 切面干涉图非常相似，但肯定不会是对称的两个弯曲黑带。

图5-22 二轴晶垂直一个光轴切面的干涉图

(一)图像特点(图 5 －12)
当光轴与上、下偏光镜振动方向之一平行时，为一个粗大模糊的黑十字，几乎占据整个视域(图 5 －12A)。转动物台，粗大黑十字从中心分裂，并迅速沿光轴方向退出视域(大约转动 12° ～15°)，这个转角称明亮角。因为变化迅速，故称为瞬变干涉图或闪图。
在转动物台过程中，当光轴与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)成 45°夹角时，视域最亮。如果矿物的双折率较大，则可出现对称的弧形干涉色带(图5 －12B)。在光轴方向上，干涉色级序自视域中心向两边逐渐降低; 在垂直光轴的方向上，干涉色级序则自视域中心向两边逐渐升高。如果矿物的双折率较低，则不出现弧形干涉色带，整个视域均为一级灰白干涉色。

图5-12 一轴晶平行光轴切面的干涉图

(二)成因
在平行光轴切面的波向图(图 5 －13)中，当光轴与上、下偏光镜振动方向之一平行时，绝大部分光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)平行或近于平行(图5 － 13 中小圆圈以内)，在正交偏光镜下消光或近于消光，形成粗大模糊的黑十字。稍转动物台，大部分光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)斜交，并且是中心部位的光率体椭圆半径首先与 AA、PP 斜交，光轴方向边缘部位的光率体椭圆半径最后与AA、PP 斜交。因此，粗大黑十字从中心分裂，并沿光轴方向迅速退出视域而使视域明亮，出现干涉色。
当光轴与上、下偏光镜的振动方向成 45°夹角时，如果矿物的双折率较大，就会出现对称的弧形干涉色带，并且在光轴方向上，干涉色级序从视域中心向两边逐渐降低，在垂直光轴的方向上，干涉色级序由视域中心向两边逐渐升高。由一轴晶正光性晶体平行光轴切面的干涉图(图 5 －14)中可以看出，在光轴方向，由中心向两边，光率体椭圆切面短半径(No)的长短不变，而长半径(Ne')则逐渐变短，因而其双折率逐渐变小。虽然倾斜入射光波在矿片中所经过的距离愈外愈长(即矿片厚度加大)，但矿片厚度不大(0.03mm)，且视域范围较小。在此小范围内，矿片厚度的加大不足以抵消双折率减小的影响。因此，在光轴方向上，由中心向两边的光程差仍然是逐渐减小，相应的干涉色级序逐渐降低。在垂直光轴的方向上，由中心向两边的各个点上，光率体椭圆半径 Ne 与 No长短不变，其双折率相等，但由于倾斜入射光波在矿片中经过的距离愈外愈长，这相当于矿片厚度向外增加，进而引起光程差向外逐渐增大，相应的干涉色级序也自中心向两边逐渐升高。

图5-13 一轴晶平行光轴切面的波向图


图5-14 一轴晶正光性平行光轴切面的干涉图中双折率大小的变化

(一)图像特点(图 5 －4 及图版Ⅱ －l、图版Ⅱ －3)

一轴晶垂直光轴切面的干涉图由一个黑十字和同心圆状干涉色圈组成。黑十字由两个互相垂直的黑带(即消光影)组成。两个黑带分别与上、下偏光镜的振动方向(AA、PP)平行，并且两个黑带的中心部分(近黑十字交点)往往较窄，远离中心部分则逐渐变宽。黑十字交点位于视域中心(与目镜十字丝交点重合)，为光轴出露点。干涉色圈以黑十字交点为中心，成同心圆状，其干涉色级序由中心(黑十字交点)向外逐渐升高，并且干涉色圈愈外愈密。干涉色圈的多少取决于矿物的双折率大小及矿片厚度。矿物的双折率愈大，干涉色圈愈多(图 5 －4A 及图版Ⅱ －3); 反之，双折率愈小，干涉色圈愈少，甚至在黑十字的四个象限内仅出现一级灰干涉色(图 5 － 4B 及图版Ⅱ － l)。同一矿物，矿片愈厚，干涉色圈愈多; 反之，矿片愈薄，干涉色圈愈少(图 5 －5)。转动物台 360°，干涉图不发生变化。

图 5 －4 一轴晶垂直光轴切面的干涉图(矿片厚度相同)

图5-5 干涉色圈与矿片厚度的关系

(二)成因

在垂直光轴的矿片中，光轴方向垂直于矿片平面。锥形光束的特点是除中央一条光波垂直矿片射入之外，其余各个光波都是倾斜射入矿片(图 5 － 1)，而且愈外倾斜角度愈大。因此，锥形光束中，只有中央一条光波是平行光轴射入，其余各个光波都是斜交光轴射入，而且愈外斜交光轴的角度也就愈大。根据光率体及不同方向切面的特征，除垂直中央一条光波的光率体切面为圆切面之外，其余垂直各个斜交光轴入射光波的光率体切面都是椭圆切面，而且椭圆切面长短半径的大小及其在矿片平面上的分布方位不完全一样，它们与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)之间的关系亦就不完全一致。因此，它们在正交偏光镜下所发生的消光与干涉效应是不完全相同的。

垂直光轴切面在锥光镜下所显示的干涉图，就是锥形偏光束中各光波通过矿片后，到达上偏光镜所发生的消光与干涉效应的总和。黑十字代表消光部分(即消光影)，而干涉色圈则代表发生干涉作用的部分。因此，要了解干涉图的成因，必须首先了解垂直锥形光束中各入射光波的光率体椭圆半径在矿片平面上的分布方位(即常光与非常光振动方向的分布方位图)。这种反映常光与非常光振动方向的分布方位图，通常称为波向图。由于光率体椭圆切面半径方向代表光波垂直该切面入射时，因发生双折射而分解形成的两种偏光的振动方向，因此波向图是一种表示光波振动方向的图解。

图5-6 一轴晶常光与非常光振动方向在球面上的分布方位

一轴晶光率体各个椭圆切面半径在空间的分布方位，可用星射球面投影方法作出。其具体做法如下: 首先，在一轴晶光率体之外，套上一个圆球体，并使圆球体中心与光率体中心重合(图 5 － 6)。然后，把垂直各个方向入射光波的光率体椭圆切面半径(Ne'、Ne 和 No)投影到球面上，就可得出各个椭圆切面半径(常光和非常光的振动方向)在球面上的分布方位。球面上经线与纬线的交点，代表各个入射光波在球面上的出露点。经线的切线方向，代表光率体椭圆半径 Ne'和 Ne 的投影方向，即非常光波的振动方向。纬线的切线方向，代表光率体椭圆半径 No 的投影方向，即常光的振动方向。最后，把球面上的投影结果，用正射投影方法投影到平面上，即可得出一轴晶不同方向切面上光率体椭圆半径(常光和非常光)的分布方位图(波向图)(图 5 － 7A)。

图5-7 一轴晶垂直光轴切面的波向图(A)及黑十字的成因(B)

一轴晶垂直光轴切面的波向图中，其中心为光轴在矿片平面上的出露点，围绕中心的同心圆与放射线的各个交点代表锥形光束各个入射光波在矿片平面上的出露点。放射线方向代表光率体椭圆半径 Ne'的方向(非常光波的振动方向)，同心圆的切线方向代表光率体椭圆半径 No 的方向(常光的振动方向)(图 5 －7A)。如果知道了垂直光轴切面上光率体椭圆半径的分布方位之后，根据正交偏光镜下的消光与干涉原理，很容易理解干涉图的形成原因。矿片上光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)平行的部位因消光而构成黑带，矿片上光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)斜交的部位则发生干涉作用产生干涉色。

1.黑十字的成因

在垂直光轴切面的波向图中，东西、南北方向上的光率体椭圆半径与上、下偏光镜的振动方向(PP、AA)平行或近于平行(图 5 － 7B)，在正交偏光下消光或近于消光，从而形成了与 PP、AA 平行的两个黑带，它们互相垂直构成黑十字。由于光率体椭圆半径Ne'的方向呈放射状，Ne'与 PP、AA 夹角相等的部位，其消光效应是相同的(图 5 － 7B)。由图 5 －7B 中可以看出，Ne'与 PP、AA 夹角相等的部位在近黑十字交点处往往较窄，远离交点处则逐渐变宽，因而两个黑带的中心部分往往较窄，而向外则逐渐变宽。如果矿物的双折率低，这种现象就不明显(图 5 －4B)。另外，如果偏光显微镜的上、下偏光镜振动方向(PP、AA)位置不在东西、南北方向上，则干涉图中的黑十字也不会在东西、南北方向，据此可以检查和校正上、下偏光镜振动方向的位置。

2.干涉色圈的成因

图 5 －8 干涉色圈的成因(以正光性为例)

在黑十字以外的四个象限内，光率体椭圆半径方向与上、下偏光镜振动方向(AA、PP)斜交(图 5 － 7B)，因而在正交偏光镜下就会发生干涉作用，如果光源为白光则产生干涉色。那么，为什么干涉色呈同心圆状，而且愈外干涉色级序愈高? 这是因为入射光波是以光轴为中心的锥形偏光束(图 5 －8A)。中央一条光波是平行光轴射入晶体，不发生双折射(双折率为零)，光程差也就等于零。其余各个光波都是斜交光轴射入晶体，而且从中央向外，入射光波与光轴的夹角是逐渐变大的，其双折率也就随之增大，光波在矿片中经过的距离也是愈外愈长(相当于矿片厚度逐渐增加)。因此，其光程差(R)由中心向外逐渐增加(图 5 －8B)，相应的干涉色级序也随之逐渐升高。锥形光束中与光轴夹角相等的各个入射光波，在矿片平面上的出露点是以光轴出露点为中心的同心圆(图5 － 8)，它们所产生的光程差相等，相应的干涉色也就相同，因而构成以光轴出露点(黑十字交点)为中心的同心圆状干涉色圈，而且愈外干涉色级序愈高。

在垂直光轴切面的波向图中，光率体椭圆半径呈放射状对称分布。无论如何转动矿片，总是东西、南北方向上的光率体椭圆半径与 PP、AA 平行，其余的椭圆半径与 PP、AA 斜交。因此，转动载物台 360°，干涉图不发生变化。

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