矿片干涉图是怎样产生的？

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一轴晶矿物的干涉图（Uniaxial interference figure），因切面方向不同而异，有三种主要类型，即垂直光轴切面、斜交光轴切面及平行光轴切面的干涉图。

一、垂直光轴切面的干涉图

该切片在单偏光镜下无多色性，正交偏光镜下干涉色最低，为全消光，在锥光镜下出现具有如下特点的干涉图。

1.图像特点

由一个黑十字或黑十字和同心圆干涉色色圈组成（图6-4；图版Ⅱ-1，Ⅱ-3）。

（1）黑十字由互相垂直的两个黑臂（也称消光影）组成。两黑臂分别平行上、下偏光镜振动方向AA、PP。黑十字交点为光轴出露点，位于视域中心，黑十字从中心向外呈现内窄外宽。

图6-4 一轴晶垂直光轴切面干涉图

（2）旋转物台360°，干涉图的图像不变。

（3）光程差（R）必须超过550 nm才能产生干涉色色圈。干涉色色圈的有无或多少取决于矿物的双折射率的大小和矿片的厚度。一般矿片厚度一定（如标准厚度d=0.03 mm），当双折射率较小时，仅有黑十字，而无色圈，四个象限为Ⅰ级灰的干涉色，如石英，它的N_e=1.553、N_o=1.544、ΔN_max=0.009，据光程差公式R=d（N₁-N₂）=0.03 mm×0.009=270 nm，R=270 nm，呈I级灰白的干涉色，因为Ⅰ级干涉色顶部为紫红色（R=550 nm），所以看不到干涉色色圈，只见一个黑十字。当双折射率较大时，不仅有黑十字，而且有同心圆状的干涉色色圈，从黑十字中心向边缘，干涉色级序逐渐升高，色圈变密，如方解石，它的N_e=1.486、N_o=1.658、ΔN_max=0.172，据光程差公式R=0.03 mm×0.172=5160 nm，因此具有相当于IX级以上的干涉色，故能见到同心圆状的干涉色色圈和黑十字。

2.成因

在垂直光轴的切面中，光轴是位于切面中央的。当锥形偏光入射时，除中央一束光波平行光轴入射外，其余光波均倾斜矿片入射，所以除中央以外其他部分均要发生双折射，其光率体切面为椭圆。

一轴晶光率体各个椭圆切面半径在空间的分布方位，可用星射球面投影获得。具体作法是把一轴晶光率体外套上一个圆球体，使圆球体中心与光率体中心重合（图6-5）。

图6-5 一轴晶常光和非常光振动方向在球面上的分布方位

图6-6 一轴晶垂直光轴切面的波向图

把垂直各个方向入射光波的光率体椭圆切面半径（N_e′、N_e和N_o）投影到球面上，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N_e′和N_e的投影方向，即非常光的振动方向；纬线的切线方向，代表光率体椭圆半径N_o的投影方向，即常光的振动方向。

把球面投影结果，用正射投影的方法，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（常光与非常光）的分布方位图，称波向图。一轴晶垂直光轴切面的波向图（图6-6），具有三个特点：①其中心为光轴在矿片平面上的出露点；②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；③放射线（或半径）方向，代表光率体椭圆半径N_e′的方向（因为非常光的振动方向包含在入射线与光轴组成的主平面内），同心圆的切线方向，代表光率体椭圆半径N_o的方向（常光振动方向）（图6-7）。

（1）黑十字的成因

根据正交偏光间的消光与干涉原理：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，消光而构成黑臂；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，发生干涉作用，产生干涉色。

在垂直光轴切面的波向图（图6-7）中，因东西、南北方向上的光率体椭圆半径与上、下偏光镜的振动方向（AA、PP）平行或近于平行，故在正交偏光间消光或近于消光，形成与AA、PP平行的两条黑带，二者互相垂直构成黑十字。黑十字代表消光部分（消光影）。由于光率体椭圆半径N_e′的方向呈放射线，与AA、PP夹角相等的部位消光效应相同，因而黑带中部较窄而边部较宽。

（2）干涉色色圈的成因

图6-7 一轴晶垂直光轴切面的黑十字成因

黑十字把视域分隔成四个象限（图6-8），从右上方开始按逆时针方向分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。因矿片光率体长短半径的振动方向与上、下偏光镜的振动方向斜交，故不消光，而产生干涉色。根据光程差公式R=d（N_g-N_p）可知，因为入射光波为锥形光，由中心向外，入射光波与光轴的夹角逐渐增大，双折率也逐渐增大，同时光波通过矿片的厚度距离也是越外越大，故光程差由内向外相应逐渐增加。其中与光轴夹角相等的各入射光，光程差大小相等，由此形成同心环状干涉色色圈（图6-9），干涉色色圈代表发生干涉作用的部分，且干涉色级序越外越高。

3.垂直光轴切面干涉图的应用

（1）确定轴性和切面方向

根据干涉图的图像特点，可以确定为一轴晶垂直光轴的切面。

（2）光性符号的测定

一轴晶光性符号正负的确定应依据两个原则：①N_e＞N_o，为一轴正晶（N_e=N_g）；N_e＜N_o，为一轴负晶（N_e=N_p）。②放射线方向代表N_e′方向，同心圆切线方向代表N_o方向（图6-10）。一轴晶矿物的光性符号是根据N_e和N_o的相对大小来决定的。

在干涉图中N_e′与N_o的方向为已知，故只要插入补色器，测定出N_e′与N_o相对大小，即可求得光性的正负。测定时首先应认清象限内干涉色的级序，然后加入补色器，根据补色法则——同名半径平行干涉色升高，异名半径平行干涉色降低的原理（图6-11），就可测出光性的正负。现以石英垂直光轴的切面干涉图为例加以说明，图6-12A，近光轴处的色圈呈Ⅰ级灰白，从Ⅱ、Ⅳ象限加入石膏试板，结果Ⅰ、Ⅲ象限干涉色升高呈Ⅱ级蓝色（R=150+550=700 nm），Ⅱ、Ⅳ象限干涉色降低呈Ⅰ级橙黄（R=550-150=400 nm；图版Ⅱ-2），证明试板的N_g与矿片的N_e平行，试板的N_p与矿片的N_o平行，故N_e＞N_o，为正光性。而方解石垂直OA切面干涉图中黑十字划分的四个象限内的干涉色级序的升降变化如Ⅱ、Ⅳ象限升高，Ⅰ、Ⅲ象限降低则为负光性（图6-12B；图版Ⅱ-4）。

在色圈多的干涉图中。加入云母试板后（图6-13），黑十字为Ⅰ级灰白。因为云母试板可使干涉色升降一个色序。在干涉色升高的两个象限内（图6-13A中的Ⅰ、Ⅲ象限）色圈向内移动一个色序，靠近黑十字交点，原为Ⅰ级灰的地方，干涉色升高变为Ⅰ级黄色；原来为Ⅰ级黄的色圈，干涉色升高变为Ⅰ级红，显示出红色色圈向内移动占据黄色色圈的位置；Ⅰ级红的色圈变为Ⅱ级蓝（即Ⅱ级蓝色色圈向内移动占据红色色圈的位置），同理，每一色圈的干涉色都升高一个色序，因此显示出整个色圈均向内移动。

图6-9 一轴晶⊥OA切面干涉色色圈的成因

图6-8 黑十字划分的四个象限

图6-10 一轴晶⊥OA切面干涉图N_e′和N_o的方向

在干涉色降低的两个象限内（图6-13 B中Ⅱ、Ⅳ象限）色圈向外移动一个色序，靠近黑十字交点原为Ⅰ级灰的地方，干涉色降低变为黑色；原为Ⅰ级黄的色圈，变为Ⅰ级灰，显示出向外移动。同理，每色圈都降低一个色序，因而显示整个色圈向外移动。

如果干涉色色圈多而密，加入云母试板后，色圈移动情况看不清楚，则可使用石英楔，随着石英楔的慢慢插入，在干涉色升高的两个象限内，干涉色色圈连续向内移动，在干涉色降低的两个象限内，干涉色色圈连续向外移动。

图6-11 一轴晶矿物光性符号的测定

图6-12 干涉色为Ⅰ级灰的干涉图加入石膏试板后，升高变蓝，降低变黄

图6-13 干涉色色圈多的干涉图加云母试板后，升高色圈内移（A），降低色圈外移（B）

二、斜交光轴切片的干涉图

（一）图像特点

一轴晶斜交光轴的干涉图比较常见，斜交光轴的干涉图是由于光轴与显微镜轴不平行造成的。它的图像特点是光轴出露点不在视域中心，因此出现的是黑十字的一部分与不完整的干涉色色圈。根据光轴（c轴）与切片法线夹角大小，可分为小斜切片和大斜切片干涉图。

1.小斜切片干涉图

黑十字交点（光轴出露点）不在视域中心，但仍在视域内可见（图6-14）。旋转物台时，黑十字交点绕视域中心作圆周运动，其黑臂则作上下、左右平行移动，干涉色色圈随黑十字交点移动。

2.大斜切片干涉图

当黑十字交点（光轴出露点）在视域外时（图6-15），视域内只见一条黑臂及部分干涉色色圈，转动物台，黑臂作上下、左右平行移动，并交替出现在视域内，干涉色色圈亦随之移动（图6-15）。当斜切交角很大时，黑臂变得相对模糊，转动物台黑臂呈弯曲状扫过视域（图6-16），与二轴晶任意切面干涉图不易区分，因此这种图不能用来判断轴性。

图6-14 一轴晶斜交光轴切面干涉图（光轴倾角较小）转动物台时黑带的移动规律

图6-15 斜交光轴切面干涉图（光轴倾角较大），转动物台时黑带的移动规律

图6-16 一轴晶斜交光轴切面的干涉图（光轴倾角很大）

（二）斜交光轴切面干涉图的应用

1.当光轴倾角不很大时，可以确定轴性及切面方向

2.测定光性符号

当黑十字交点在视域内时，测定光性符号的方法与垂直光轴切面干涉图的方法相同。

如果黑十字交点在视域之外时，转动载物台：

（1）确定象限：黑十字把视域划分成四个象限，一般从右上方按逆时针方向给予命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。判断斜交光轴切面干涉图的象限名称主要根据四种现象：①黑带细的部分指向光轴出露点。②等色圈凹向光轴出露点。③当黑带处于图6-15各种位置时，顺时针旋转载物台，凡是横向黑带向下移后视域内必为Ⅱ象限（图6-15Ⅰ），向上移动后则为Ⅳ象限（图6-15Ⅲ）；凡见纵向黑带向左移后必为Ⅰ象限（图6-15Ⅱ），向右移后则为Ⅲ象限（图6-15Ⅳ）。④顺时针转动载物台，黑带的一端移动与物台转动方向相同称为顺端，该顺端永远靠近光轴出露点，根据光轴出露点的位置便可确定象限（图6-15）。

（2）确定N_o，N_e′方向：只有象限名称确定后，才能推断N_e和N_o的振动方向。

放射线的方向——代表N_e′的方向；

同心圆切线的方向——代表N_o的方向（图6-10）。

（3）判断光性正负：N_e＞N_o为一轴晶正光性，N_e＜N_o为一轴晶负光性。选用石膏试板或云母试板插入后，观察Ⅰ、Ⅲ象限和Ⅱ、Ⅳ象限干涉色升降变化，应用补色法则判断平行试板长边方向，即干涉图半径方向的N_e是N_g还是N_p，便可定出它是正光性还是负光性（图6-17）。

图6-17 一轴晶斜交光轴切面干涉图上光性符号的测定

三、平行光轴切面的干涉图

平行光轴切面具有最大双折射率ΔN_max=｜N_e-N_o｜，因而在正交偏光镜下呈现最高的干涉色，在单偏光镜下，当N_e与下偏光振动方向平行时，可以测得N_e的折射率和颜色；当N_o与下偏光振动方向平行时，可以测得N_o的折射率和颜色；当光轴位于上下偏光的45°位置时，可以在正交偏光或锥光系统下测得光性正负。

1.图像特点

（1）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6-18，图6-19A）。

图6-18 一轴晶平行光轴切面的干涉图（上部为干涉图，下部为立体图）

图6-19 一轴晶平行光轴切面的干涉图

（2）旋转载物台12°～15°，粗大黑十字从中心分裂，并沿光轴方向迅速退出视域，因为变化迅速，故称为闪图或瞬变干涉图。

（3）旋转载物台使光轴方向与上、下偏光镜振动方向成45°位置时，视域最亮。如果矿物的双折率较大，视域内则出现对称的弧形干涉色色带（图6-19B）。在光轴方向上，干涉色级序由中心向相对两个象限逐渐降低；在垂直光轴的方向上，干涉色级序从中心向相对两个象限逐渐升高。如果矿物双折率较低，则不出现弧形干涉色带，整个视域为Ⅰ级灰白干涉色。

2.成因

在平行光轴切面的波向图（图6-20）中，当光轴与下、上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、下偏光镜振动方向平行或近于平行（小圆内），根据消光、干涉原理，在正交偏光镜下呈消光或近于消光，形成粗大黑十字。稍转载物台一个小角度，大部分光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向斜交，特别是视域中心的光率体椭圆半径首先与上、下偏光镜振动方向斜交，因此粗大黑十字首先从中心分裂，并沿光轴方向迅速退出视域，视域变亮。当光轴与上、下偏光振动方向成45°位置时，大部分光率体椭圆半径也与上、下偏光振动方向成45°角，此时，视域最明亮，出现干涉色。如果矿物的双折率较大，在光轴方向上由中心向两边，光率体椭圆切面短半径N_o不变，而长半径N_e′逐渐变短（图6-21），因而双折率逐渐变小。又因矿片厚度小，视域较小，矿片厚度向外的加大不足以抵消双折率的影响。因此，光轴方向上由中心向两边的光程差逐渐减小，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，光率体椭圆切面半径N_e、N_o不变（图6-21），双折率相等。但因矿片厚度向外的增大而引起光程差向外的增大，相应的干涉色级序由中心向两边逐渐升高。

3.光性符号的测定

粗大黑十字分裂退出视域的方向，即是光轴方向，使光轴方向与上、下偏光振动方向成45 °位置，插入石膏试板或云母试板，检查光轴方向N_e是N_g还是N_p，即可测定光性符号的正负（图6-22）。然而一轴晶闪图形态与二轴晶⊥Bxo切面的干涉图、∥AP切面的干涉图很难区分，所以一般不用来测定光性符号正负。但常用其来寻找平行光轴的切面方向，测定N_e和N_o的颜色、主折射率、最大双折率及最高干涉色级序。

图6-20 一轴晶平行光轴切面的波向图

图6-21A 一轴晶正光性晶体平行光轴切面在0°位置时光率体椭圆长、短半径及双折率大小变化示意图

图6 21B 一轴晶正光性晶体平行光轴切面在45°位置时光率体椭圆长、短半径及双折率大小变化示意图

图6-22 一轴晶平行光轴切面干涉图中光性符号的测定

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