单轴晶体(中间晶体族晶体)的光学指标

中间晶系(包括三方晶系、四方晶系和六方晶系)晶体具有相同的水平晶轴axis单位(即a=b≠c)和相同的水平方向(垂直于Z晶轴)光学性质。光波在这种晶体中传播时，当光波的振动方向与Z晶轴垂直时(即在水平方向振动)，对应的折射率值相等，这就是普通光的折射率值，用符号“No”表示。当光波的振动方向平行于Z晶轴时，对应的折射率值与非寻常光的折射率值No相差最大，用符号“Ne”表示。当光波的振动方向与Z晶轴倾斜时，对应的折射率值在No和Ne之间逐渐变化，也是非常光的折射率，用符号“Ne '”表示。Ne’的值随光波振动方向与Z晶轴之间的角度而变化。当光波的振动方向与Z晶轴的夹角较小时，Ne’的值接近Ne；随着光波振动方向与Z晶轴夹角的增大，Ne’的值逐渐接近No的值(当夹角为90°时，Ne’的值等于No的值)。显然，单轴晶体光学指标体是以Z晶轴为旋转轴的旋转椭球体。

(一)光指标的构成

以应时和方解石的光学指标为例，说明单轴光学指标的组成。

(1)当光波平行于应时Z晶轴入射时(图1-8a)，不发生双折射，垂直于入射光波各振动方向的折射率值为1.544(即No为1.544)。以此值为半径，可以形成垂直于入射光波(即垂直于Z晶轴)的圆形切面。

图1-8单轴正光晶体(应时)光指标体的组成

当光波垂直于应时的Z轴入射到晶体上时(图1-8b)，是双折射的，分解形成两种偏振光。一个振动方向垂直于Z晶轴(法线光)，对应的折射率值(No)为1.544；另一偏振光的振动方向平行于Z晶轴(非常光之一)，对应的折射率(ne)为1.553。Z晶轴方向，Ne值(1.553)由中心向两侧按一定比例截取；在垂直于Z晶轴的方向上，从中心向两侧切割No值(1.544)。把这两条线段作为长短半径，就可以形成一个垂直于入射光波(平行于Z晶轴)的椭圆截面。

将上述两部分按空间位置连接起来，形成一个以应时Z晶轴为旋转轴的长回转椭球(图1-8c)。这是应时的光学指标线，其旋转轴是光轴(Ne轴或Z轴)。

(2)当光波平行于方解石的Z轴进入晶体时(图1-9a)，不发生双折射，垂直于入射光波的所有振动方向的折射率值为1.658(即No为1.658)。以No的值为半径可以形成垂直入射光波的切面(垂直于Z晶轴)。

当光波垂直于方解石的Z轴入射到晶体中时(图1-9b)，发生双折射，分解形成两种偏振。一个振动方向垂直于Z晶轴(法线光)，对应的折射率值(No)为1.658；另一个偏振的振动方向平行于Z晶轴(非常光之一)，对应的折射率(ne)为1.486。在Z晶轴方向，Ne值(1.486)由中心向两侧按比例截取，在垂直于Z晶轴方向，No值(1.658)由中心向两侧截取。以这两条线段为长、短半径，可以形成一个垂直于入射光波(平行于Z晶轴)的椭圆截面。

同样，将上述两个截面按空间位置连接起来，就形成了一个以方解石Z晶轴为旋转轴的平面回转椭球体(图1-9c)。这是方解石的光学指标体，其旋转轴仍然是光轴(Ne轴或Z晶轴)。

图1-9单轴负光学晶体(方解石)光学指标体组成

(2)光学正反的规定

如前所述，单轴晶体光学指标体是一个旋转椭球体。其中长旋转椭球的旋转轴为长轴(图1-8c和图1-10a)，其Ne > No(即Ne为大折射率ng，No为小折射率Np)。具有这种特性的光指示体称为单轴正形光指示体，相应的矿物称为单轴正形矿物。扁回转椭球的旋转轴为短轴(图1-9c和图1-10b)，其Ne < No(即Ne为小折射率Np，No为大折射率Ng)。具有这种特性的光学指示体称为单轴负光学指示体，相应的矿物称为单轴负光学矿物。

对于单轴晶体光学指标体，无论是正的还是负的，其旋转轴(纵轴)为Ne轴(光轴)，横轴为无轴(图1-10)。也就是说，Ne和No的相对大小是不确定的，但它们在光指标中的位置是固定的。Ne和No分别代表单轴矿物的最大和最小折射率，称为主折射率，两者之差即为单轴矿物的最大双折射。

Ne和No的相对大小决定了单轴矿物的光学标志(图1-10)。ne > no时为正，可简单写成“(+)”，如应时；ne < no时为负，可简单写成“(-)”，如方解石。在实际鉴定中，可以根据Ne '和NO的相对大小来确定矿物的光学符号，因为Ne '的折射率值在Ne和No之间变化，如果Ne' > No，即Ne > No，则为正；反之，如果ne' < no，即ne < no，则为负。

图1-10单轴晶体正光学指标(a)和负光学指标(b)的比较。

(3)主要路段类型

在偏光显微镜下鉴别透明矿物时，所研究的对象都是矿物晶体的不同方向(即光指示体剖面的不同方向)。单轴晶体光学指标体的主要截面有以下三种类型。

1.垂直于光轴的截面(图1-11A)

垂直于光轴的截面是半径等于NO的圆形截面，当光波垂直于这个切面入射时(即光波平行于光轴入射)，不发生双折射，入射光波的振动特性和振动方向基本不变。对应的折射率值等于No，双折射等于零。单轴光学指标体只有一个这样的圆形截面。

2.平行于光轴的截面(图1-11b)

平行于光轴的截面为椭圆截面，其长、短半径分别为No和Ne(正光:长半径为Ne，短半径为No；负光泽:长半径为No，短半径为Ne)。当光波垂直于这个切面入射时(即光波垂直于光轴入射时)，会发生双折射，分解形成两种偏振。两偏振光的振动方向必须平行于椭圆截面的长短半径，它们对应的折射率等于椭圆截面的长短半径(Ne和No)，它们的双折射等于椭圆截面的长短半径之差，这就是单轴矿物的最大双折射。轴向晶体平行于光轴的截面是轴向晶体光学指标线的主轴。

3.与光轴倾斜的截面(图1-11C)

斜光轴的截面仍然是椭圆形，但其长、短半径分别为No和Ne’(正光:长半径为Ne’，短半径为No；负光泽:长半径为No，短半径为Ne’)。当光波垂直于这个切面入射时(即光波倾斜于光轴入射)，会发生双折射，分解形成两种偏振。两种偏振光的振动方向必须平行于椭圆截面的长、短半径，它们对应的折射率等于椭圆截面的长、短半径(No和Ne’)，它们的双折射等于椭圆截面的长、短半径之差，大小在零和最大双折射之间逐渐变化。在单轴晶体光学指标线中，与光轴相交的所有椭圆截面的长、短半径中总有一个是No(正射:短半径是No；负光泽:长半径为否)。

图1-11单轴正色光学指标体主剖面图。

光学指标可以用来确定光波在晶体中的传播方向(波法线方向)、振动方向以及相应的折射率值。当光波沿光轴方向进入晶体时，垂直入射光波的光指标截面为圆形截面，不会引起双折射，基本不改变入射光波的振动特性和振动方向，其双折射等于零。当光波以任意其它方向进入晶体时，垂直入射光波的光指标截面为椭圆截面，其长、短半径方向分别代表入射光波双折射分解形成的两偏振光的振动方向，半径的长度代表两偏振光的折射率值，长、短半径之差为双折射值。在单轴矿物中，垂直于光轴的截面双折射为零，平行于光轴的截面双折射最大，其他方向的截面双折射从零到最大不等。