中地數媒 2020-01-16

低階晶族（包括斜方晶系、單斜晶系和三斜晶系）屬於二軸晶礦物。這類晶體的三個結晶軸軸單位不等（a≠b≠c），表明它們的內部結構和光學性質在三度空間上的不均一性。低階晶族礦物具有大、中、小三個主折射率值（以符號Ng、Nm、Np分別表示大、中、小三個主折射率值），它們分別與互相垂直的三個振動方向相當。當光波沿其他方向振動時，相應的折射率值遞變於Ng、Nm或Nm、Np之間，分別以符號Ng‘和Np’表示。它們與Ng、Nm和Np之間的大小關係是：Ng＞Ng‘＞Nm＞Np’＞Np。也就是說，Ng、Nm和Np之間的大小關係是固定的，但它們在光率體中的位置卻是變化的。顯然，二軸晶光率體是一個三軸不等的橢球體。

（一）光率體的構成

二軸晶光率體的構成可以用鎂橄欖石（斜方晶系礦物）的光率體為例來加以說明。

當光波沿鎂橄欖石Z晶軸方向射入晶體時，發生雙折射而分解形成兩種偏光。其一振動方向平行X晶軸，相應的折射率值等於1。715，另一種偏光的振動方向平行Y晶軸，相應的折射率值等於1。651。在X晶軸方向上，由中心向兩邊按比例擷取與折射率值（1。715）等長的線段，在Y晶軸方向上，由中心向兩邊按比例擷取與折射率值（1。651）等長的線段。以此二線段為長、短半徑構成了垂直入射光波（垂直Z晶軸）的橢圓切面（圖1－12A）。

當光波沿鎂橄欖石X晶軸方向射入晶體時，發生雙折射而分解形成兩種偏光。其一振動方向平行Y晶軸，相應的折射率值等於1。651，另一種偏光的振動方向平行Z晶軸，相應的折射率值等於1。680。按同樣的方法可以構成垂直入射光波（垂直X晶軸）的橢圓切面（圖1－12B）。

當光波沿鎂橄欖石Y晶軸方向射入晶體時，發生雙折射而分解形成兩種偏光。其一振動方向平行X晶軸，相應的折射率值等於1。715，另一種偏光的振動方向平行Z晶軸，相應的折射率值等於1。680。按同樣的方法可以構成垂直入射光波（垂直Y晶軸）的橢圓切面（圖1－12C）。

把上述三個橢圓切面，按照它們的空間位置聯絡起來，便構成了鎂橄欖石的光率體。它是一個三軸不等的橢球體（圖1－12D），即三軸橢球體。

圖1-12 二軸晶晶體（鎂橄欖石）光率體的構成

從鎂橄欖石三個主要方向切面的折射率值大小可以看出，它具有大（1。715）、中（1。680）和小（1。651）三個主折射率值，與它們相當的三個振動方向分別平行X、Z和Y晶軸。實驗證明，其他低階晶族礦物（二軸晶）同樣具有大（Ng）、中（Nm）和小（Np）三個主折射率值，它們分別與互相垂直的三個振動方向相當。當然，Ng、Nm和Np的大小及與它們相當的互相垂直的三個振動方向在晶體中的位置，與鎂橄欖石卻是不同的。因此，低階晶族晶體的光率體都是三軸不等橢球體。

在二軸晶光率體中，三個互相垂直的軸代表二軸晶礦物的三個主要光學方向，稱為光學主軸（簡稱主軸，也即Ng軸、Nm軸和Np軸），包含兩個主軸的面稱為主軸面（或主切面）。二軸晶光率體有三個互相垂直的主軸面，即NgNp面、NgNm面和NmNp面。另外，透過中等軸（Nm軸），在光率體一側的其他兩主軸（Ng軸與Np軸）之間，可以連續切一系列橢圓切面（圖1－13A）。這些切面的半徑之一始終是Nm軸，另一半徑的長短則遞變於Ng軸與Np軸之間。因系連續變化，在它們之中必存在有一個半徑等於Nm的圓切面。同樣，透過Nm軸，在光率體的另一側也可以截出另一個圓切面（圖1－13B）。光波垂直這兩個圓切面入射時，不發生雙折射，基本不改變入射光波的振動特點及振動方向，因而這兩個方向為光軸方向，以符號“OA”表示（圖1－13B）。透過二軸晶光率體中心，只能截出兩個圓切面，即只有兩個光軸方向，故稱二軸晶。

圖1-13 二軸晶光率體中的圓切面及光軸的分佈特點

在二軸晶光率體中，包括兩個光軸的面稱光軸面，以符號“AP”表示。光軸面與主軸面（NgNp面）一致。透過光率體中心，垂直光軸面的方向稱光學法線，它與Nm軸一致。兩個光軸之間的銳角稱光軸角，以符號“2V”表示（圖1－13B及圖1－14）。兩個光軸之間銳角的平分線稱銳角等分線，以符號“Bxa”表示，而兩個光軸之間鈍角的平分線則稱鈍角等分線，以符號“Bxo”表示。

圖1-14 二軸晶正光性光率體（A）和負光性光率體（B）的對比

（二）光性正負的規定

同一軸晶礦物一樣，二軸晶礦物的光性符號也是鑑定礦物的重要引數之一。要確定二軸晶礦物的光性符號，必須明確Bxa方向是Ng軸還是Np軸。如果Bxa為Ng（即Bxo為Np），光性符號為正（正光性）；反之，如果Bxa為Np（即Bxo為Ng），光性符號為負（負光性）。

如果已經測定二軸晶礦物的三個主折射率（Ng、Nm和Np）的大小，也可透過計算來判定二軸晶礦物的光性符號。一般有以下兩種方法：

1。比較Nm與Ng×Np× 之間的相對大小 為光波振動方向與Ng軸和Np軸的交角均為45°時的折射率值。當Nm大於Ng×Np× 時，二軸晶礦物垂直光軸切面（兩個圓切面）必定更靠近Ng軸，而垂直兩個圓切面的兩個光軸一定靠近Np軸。因此，兩個光軸之間的銳角等分線必為Np軸，應為負光性（Bxa=Np）；當Nm小於Ng×Np× 時，二軸晶礦物垂直光軸切面（兩個圓切面）必定更靠近Np軸，而垂直兩個圓切面的兩個光軸一定靠近Ng軸。因此，兩個光軸之間的銳角等分線必為Ng軸，應為正光性（Bxa=Ng）。如果Nm與Ng×Np× 相等（2V=90°），那麼二軸晶礦物的光性符號可正可負。

2。計算光軸角大小

二軸晶礦物的光軸角大小可按下面兩式計算得到。如果tanVNg＜1（tanVNp＞1），那麼VNg＜45°（VNp＞45°），也就是說兩個光軸之間的銳角等分線（Bxa）必定是Ng軸（Bxa=Ng），而鈍角等分線（Bxo）必定是Np軸（Bxo=Np），應為正光性；如果tanVNg＞1（tanVNp＜1），那麼VNg＞45°（VNp＜45°），也就是說兩個光軸之間的銳角等分線（Bxa）必定是Np軸（Bxa=Np），而鈍角等分線（Bxo）必定是Ng軸（Bxo=Ng），應為負光性。

晶體光學（第三版）

（三）主要切面的型別

二軸晶光率體的主要切面有以下幾種型別。

1。垂直一個光軸（⊥OA）的切面（圖1－15A）

垂直一個光軸的切面為圓切面，其半徑等於Nm。光波垂直這種切面入射時（即光波沿光軸入射），不發生雙折射，基本不改變入射光波的振動特點及振動方向。相應的折射率值等於Nm，雙摺率等於零。

2。平行光軸面（∥AP）的切面（圖1－15B）

平行光軸面的切面為橢圓切面（相當於NgNp主軸面），其長短半徑分別等於Ng和Np。光波垂直這種切面入射時（即光波沿Nm軸入射），發生雙折射，分解形成兩種偏光。兩種偏光的振動方向分別平行於橢圓切面的長短半徑（即Ng軸和Np軸），相應的折射率值分別等於Ng與Np值，雙摺率為橢圓長短半徑之差（Ng－Np），是二軸晶礦物的最大雙摺率。

3。垂直Bxa（⊥Bxa）的切面（圖1－15C、D）

垂直Bxa的切面為橢圓切面，正光性光率體相當於NmNp主軸面，其長短半徑分別為Nm和Np；負光性光率體相當於NgNm主軸面，其長短半徑分別為Ng和Nm。光波垂直這種切面入射時（即光波沿Bxa方向入射），發生雙折射，分解形成兩種偏光。其振動方向分別平行橢圓切面的長短半徑（Nm和Np或Ng和Nm），相應的折射率值分別等於Nm和Np值或Ng和Nm值。雙摺率等於Nm－Np或Ng－Nm，其大小介於零與最大雙摺率之間。

4。垂直Bxo（⊥Bxo）的切面（圖1－15E、F）

垂直Bxo的切面為橢圓切面，正光性光率體相當於NgNm主軸面，其長短半徑分別為Ng和Nm，負光性光率體相當於NmNp主軸面，其長短半徑分別為Nm和Np。光波垂直這種切面入射時（即光波沿Bxo方向入射），發生雙折射，分解形成兩種偏光。其振動方向分別平行橢圓切面長短半徑（Ng和Nm或Nm和Np），相應的折射率值分別等於Ng和Nm值或Nm和Np值。雙摺率等於Ng－Nm或Nm－Np，其大小介於零與最大雙摺率之間。

圖1-15 二軸晶光率體的主要切面

平行光軸面、垂直Bxa和垂直Bxo等三種切面與二軸晶光率體的主軸面一致，屬於垂直光率體主軸的切面。

5。斜交切面

不垂直光軸、也不垂直主軸的切面屬於斜交切面。這種切面在二軸晶光率體中有無數個，它們都是橢圓切面，但不是主軸面。斜交切面大體上可分為兩種型別：①垂直主軸面的斜交切面，即垂直NgNp面、NgNm面及NmNp面的斜交切面，簡稱半任意切面。在這類切面的橢圓長短半徑中，總有一個半徑是主軸（Ng軸或Nm軸或Np軸），另一個半徑是Ng‘或Np’。對於半任意切面來說，比較重要的是垂直NgNp面（光軸面）的斜交切面（圖1－15G）。在這種切面的橢圓長短半徑中，必有一個半徑是Nm軸，另一個半徑則是Ng‘或Np’。在某些情況下，這種切面可以代替垂直光軸的切面。事實上，垂直光軸的圓切面就是這種切面的一種特殊型別；②任意斜交切面。橢圓切面的長短半徑分別為Ng‘和Np’（圖1－15H）。光波垂直這類切面入射時（即除光軸和主軸方向以外的任意方向入射），發生雙折射，分解形成兩種偏光。兩種偏光的振動方向分別平行橢圓的長短半徑方向，相應的折射率值大小分別等於Ng‘和Np’，雙摺率則為Ng‘－Np’，其大小變化於零與最大雙摺率之間。