作者：赖志云,高洁,吴康军
出版社：石油工业出版社
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光性矿物学简明教程试读：
前言
《光性矿物学简明教程》包含晶体光学和光性矿物各论两部分。晶体光学是一门研究可见光通过透明晶体时所产生的一些光学现象及其原理的科学，主要阐述偏光显微镜下研究和鉴定透明矿物的原理和方法。偏光显微镜鉴定法是鉴定透明矿物和岩石的最基本方法，它不仅是岩石学（薄片）研究的基础，而且已被广泛用于建材、化工、医学等领域中各种人工合成材料（如陶瓷、玻璃、铸石）的光性特征研究。
在地质类专业的教学计划中，晶体光学是岩石学课程的组成部分。
晶体光学有近百年的发展历史，在众多物理学家、矿物学家和岩石学家的不懈探索之下，在理论及应用方面已趋于完整和成熟。长江大学地球科学学院岩石学的教学，多年来一直选用李德惠主编的《晶体光学》，但是在教学过程中任课教师和学生都觉得有些内容比较抽象难懂。为此，我们下定决心编写《光性矿物学简明教程》。由于石油院校教学计划中岩石学课程的课时相对于地质院校的要少，只能精选部分内容，例如，关于色散的内容只作简要介绍。
本书第一篇晶体光学与前人著作最大的区别在于配有一套多媒体光盘——在教学过程中让学生边看动画，边听讲解，使其轻松地理解教师所讲授的内容，从而增强其自信心，调动学习积极性，为学习岩石学奠定扎实的基础。
第二篇光性矿物各论，主要参考了北京大学地质学系岩矿教研室主编《光性矿物学》、常丽华等编著《透明矿物薄片鉴定手册》两本书，同时我们从镜下挑选了部分内容，共计一百种常见的主要矿物。这些矿物照片大部分为镜下的彩照，可供读者鉴定岩矿薄片做参考。
我们永远不会忘记，前辈们所付出的辛勤汗水，积累的丰硕科研成果，为本书的编写提供了极为宝贵的精品资料，让读者共享，定会受益匪浅。为此，对前辈们表示敬意和衷心的感谢！
赖志云负责全书的编写和统稿工作，并对偏光显微镜下挑选所需的矿物进行拍照和录像，指导完成多媒体光盘制作；高洁提供有关的参考书、岩矿薄片，参加部分镜下拍照，负责完成多媒体配音；中国石油大学（北京）2012级博士生吴康军负责完成多媒体动画制作。
在本书的编写过程中，得到了长江大学教务处、地球科学学院的大力支持，潘仁芳教授、许晓宏教授、何幼斌教授、龚福华副教授提出了许多宝贵意见，谨此致以衷心的感谢！
由于编者水平所限，教材中一定还有许多不当甚至错误之处，在此诚请使用本教材的广大师生和阅读本书的读者提出宝贵意见。赖志云2013年13月第一篇 / 晶体光学第一章晶体光学基础第一节 自然光与偏振光
根据光波振动特点的不同，可将其分为自然光和偏振光（偏光）。
自然光（如太阳光、灯光等）是由无数方向横振动合成的复杂混合光波，其振动特点是：在垂直光波传播方向的平面内，各个方向上都有等振幅的光波振动［图1-1-1（a）］。
偏振光是在垂直光波传播方向的某一固定方向上振动的光波，称为平面偏振光［图1-1-1（b）］，简称为偏光。偏振光的振动方向与传播方向所构成的平面称为偏光振动面。图1-1-1 自然光与偏振光的振动特点（a）自然光；（b）偏振光
自然光经过特殊的光学处理，如选择性反射或选择性吸收，可以转变为偏光，其转化的过程称为光的偏振化。晶体光学研究中主要使用的仪器是偏光显微镜，其结构是在光源上方装置一个偏光镜。该偏光镜包含一个起选择性吸收作用的偏光片（也称为偏振片），它只允许光源中振动方向与偏振化方向平行的光波透过，而完全吸收掉振动方向与偏振化方向垂直的光波。所以，自然光透出偏振片后，所有的光波都转变为振动方向平行一致的偏光。第二节 光波在均质体和非均质体中的传播特点
根据光学性质的不同，可以把透明物质划分为光性均质体和光性非均质体两大类。
高级晶族（等轴晶系）矿物及非晶质物质的光学性质各个方向相同（各向同性介质），称为光性均质体，简称均质体，如石榴子石、萤石、火山玻璃及加拿大树胶等。光波在均质体中传播，不改变入射光波的振动特点和振动方向（图1-1-2）。也就是说，自然光射入均质体后，仍为自然光［图1-1-2（a）］；偏光射入均质体后，仍为偏光［图1-1-2（b）］，其振动方向不变。光波在均质体中传播时，其传播速度及相应折射率值不因光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。因此，均质体矿物在三维空间任何方向上的折射率相同，只有一个折射率值。
中级晶族和低级晶族的矿物，其光学性质随方向而异（各向异性介质），称为光性非均质体，简称非均质体，如石英、长石、橄榄石等。绝大多数造岩矿物属于非均质体，是研究的重点。
光波射入非均质体中，除特定方向之外，都要发生双折射，分解成振动方向互相垂直、传播速度不同、相应折射率值不等的两束偏光（图1-1-3）。两束偏光的折射率值之差称为双折射率（bireferigence）。非均质体有许多折射率值和双折射率值。图1-1-2 光波垂直均质体矿片入射示意图（a）自然光；（b）偏光图1-1-3 冰洲石的双折射现象
实验证明，光波沿非均质体的特定方向射入时（如中级晶族矿物的Z轴方向）不发生双折射，这种不发生双折射的特定方向称为光轴n（optic axis）。中级晶族矿物c轴方向为高次对称轴（L，n=3，4，6）的方向，即光轴方向。由于中级晶族矿物只有一个高次对称轴，所以它们也只有一个光轴，故中级晶族矿物在晶体光学中被称为一轴晶；在低级晶族矿物中，总是存在两个不发生双折射的特定方向，所以它们具有两个光轴，因此，低级晶族矿物在晶体光学中被称为二轴晶。
光波进入一轴晶矿物，发生双折射分解形成两束偏光（图1-1-3）。其中一束偏光的振动方向垂直于Z轴，其传播速度及相应的折射率值不变，称为常光（ordinary ray），以符号o表示（图1-1-3中的o光）。另一束偏光的振动方向平行于Z轴与光波传播方向（波法线）所构成的平面，其传播的速度及折射率值随振动方向不同而改变，称非常光（extraordinary ray），以符号e表示（图1-1-3中的e光）。
应当特别指出的是，光波在非均质体中传播时，决定光波传播速度及相应折射率值大小的是光波在晶体中的振动方向而不是传播方向。也就是说，光波在晶体中传播时，其传播速度及相应折射率值随光波在晶体中的振动方向不同而不同。
在探讨透明矿物薄片的光学性质之前，必须了解各类晶体的光率体特征及其主要方向切面的特征。第三节 光率体
光率体是表示光波在矿物晶体中传播时，光波振动方向与相应折射率值之间关系的光学立体模型。
具体做法是，设想自晶体的中心起，沿光波在晶体中的振动方向，按比例截取相应的折射率值，每一个振动方向都可作出一个线段，把各个线段的端点连接起来，便构成该晶体的光率体。
光率体是从矿物晶体显示的具体光学性质抽象得出的立体模型。它反映了矿物晶体光学性质中最本质的特点，形状简单，应用方便。在以后各章中，主要应用光率体解释各种晶体光学现象。用偏光显微镜鉴定造岩矿物时，也是以光率体在每种矿物中的方位为依据。
各类晶体的光学性质不同，所构成的光率体形状也不同，分述如下。
一、均质体的光率体
均质体的光率体是一个圆球体（图1-1-4）。通过球体中心，任何方向的切面都是圆切面，其半径代表均质体矿物的折射率值（N）。
二、一轴晶光率体
一轴晶光率体（中级晶族晶体光率体）的形态是两轴不等的长形（正光性）和扁形（负光性）旋转椭球体（图1-1-5）。图1-1-4 均质体的光率体图1-1-5 一轴晶光率体
中级晶族晶体的水平结晶轴轴单位相等，即a=b≠c。垂直于Z晶轴水平方向上的光学性质相同。下面以石英、方解石为例，说明一轴晶光率体的构成。
当光波沿石英、方解石晶体Z轴方向入射时，光波的振动方向垂直于Z轴（即水平方向振动），相应的折射率值相等，此为常光的折射率值（refractive index for ordinary rays），以符号No表示。石英No=1.544［图1-1-6（a）、（b）］，方解石No=1.658［图1-1-7（a）、（b）］。
当光波垂直于石英、方解石晶体Z轴入射即光波振动方向平行于Z晶轴时，相应的折射率值与No相差最大，为非常光的折射率值（refractive index for extraordinary rays），以符号Ne表示。石英Ne=1.553［图1-1-6（b）］，方解石Ne=1.486［图1-1-7（b）］。
光波的振动方向与石英、方解石晶体Z轴斜交时［图1-1-8（c）］，相应的折射率值递变于No与Ne之间，也为非常光的折射率，以符号Ne′表示。Ne′值的大小随光波振动方向与Z晶轴的夹角大小而变化。光波的振动方向与Z晶轴夹角小时，Ne′值接近于Ne值；随着光波的振动方向与Z晶轴夹角逐渐加大，Ne′值逐渐向No值靠近，直至夹角为90°时为No值［图1-1-8（c）］。显然，一轴晶光率体是一个以Z晶轴为旋转轴的旋转椭球体，无论是正光性还是负光性，其旋转轴直立轴都是Ne轴（光轴），水平轴为No轴（图1-1-5）。
Ne与No代表一轴晶矿物折射率最大和最小值，称主折射率。Ne与No的相对大小将决定一轴晶矿物的光性符号。当Ne＞No时，为正光性，一轴晶正光性石英晶体光率体的特征见图1-1-6；当Ne＜No时，为负光性，一轴晶负光性方解石晶体光率体的特征见图1-1-7。Ne与No的差值为一轴晶矿物的最大双折射率。石英（+）Ne=1.553，No=1.544，双折射率1.553-1.544=0.009；方解石（-）Ne=1.486，No=1.658，双折射率1.658-1.486=0.172。图1-1-6 一轴晶正光性晶体（石英）光率体的构成图1-1-7 一轴晶负光性晶体（方解石）光率体的构成
在偏光显微镜下鉴定透明矿物时，所遇到的都是矿物晶体不同方向的切面（即不同方向的光率体切面），因此必须掌握光率体切面的特点，一轴晶光率体的主要切面有下列三种：（1）垂直光轴的切面［图1-1-8（a）］为圆切面，其半径等于No。
光波垂直于这种切面入射时（即沿光轴入射），不发生双折射，不改变入射光波的振动特点和振动方向，相应的折射率值等于No，双折射率等于零。通过一轴晶光率体中心只有一个这样的圆切面。（2）平行于光轴的切面［图1-1-8（b）］为椭圆切面，其长短半径分别为No与Ne（正光性长半径为Ne，短半径为No；负光性长半径为No，短半径为Ne）。
光波垂直于这种切面入射时（即垂直于光轴入射），发生双折射，分解形成两束偏光，其振动方向必定分别平行于椭圆切面的长短半径，相应的折射率必定分别等于椭圆切面长短半径Ne与No。双折射率必等于椭圆切面长短半径Ne与No之差，是一轴晶矿物的最大双折射率。这种切面是一轴晶光率体的主轴面。光性矿物学书中的矿物双折射率都是最大双折射率。（3）与光轴斜交的切面［图1-1-8（c）］仍为椭圆切面，其长短半径分别为No与Ne′。
光波垂直于这种切面入射时（即与光轴斜交入射），发生双折射，分解形成两束偏光，其振动方向必定分别平行于椭圆切面的长短半径；相应的折射率必定分别等于椭圆切面长短半径No与Ne′，双折射率必等于椭圆切面长短半径No与Ne′之差，其大小递变于零与最大双折射率之间。图1-1-8 一轴晶正光性光率体的主要切面（a）垂直于光轴切面；（b）平行于光轴切面；（c）与光轴切面斜交
三、二轴晶光率体
低级晶族（斜方、单斜、三斜晶系）属于二轴晶矿物。这类晶体的三个结晶轴轴单位不等，即a≠b≠c，表明它们在三维空间上内部结构和光学性质的不均一性。实验测定，这类矿物具有大、中、小三个主折射率值，它们分别与互相垂直的三个振动方向相当，以符号Ng、Nm、Np代表大、中、小三个主折射率值。当光波沿其他方向振动时，相应的折射率值递变于Ng、Nm、Np之间，以符号Ng′和Np′表示，它们与Ng、Nm、Np的相对大小是Ng＞Ng′＞Nm＞Np′＞Np。显然，二轴晶光率体是一个三轴不等的椭球体。
二轴晶光率体中，三个互相垂直的轴代表二轴晶矿物的三个主要光学方向，称为光学主轴，简称主轴，即Ng轴、Nm轴和Np轴。
包括两个主轴的面称主轴面（主切面）。二轴晶光率体有三个互相垂直的主轴面，即NgNp面、NgNm面和NmNp面。
因为二轴晶光率体是一个三轴不等的椭球体，通过中等轴Nm轴，在光率体一侧的Ng轴与Np轴之间，可以连续切一系列椭圆切面［图1-1-9（a）］。这些切面的半径之一始终是Nm轴，另一半径的长短递变于Ng轴与Np轴之间。因为是连续变化，在它们之中，必定有一个半径等于Nm的圆切面。在光率体的另一侧，通过Nm轴，同样可以截出另一个圆切面［图1-1-9（b）］。光波垂直这两个圆切面入射时，不发生双折射，不改变入射光波的振动特点及振动方向，因而这两个方向为光轴，以符号OA表示。通过二轴晶光率体中心，只能截出两个圆切面，即只有两个光轴方向，故称二轴晶。
包括两个光轴的面称光轴面（optic axial plan），以符号Ap表示。光轴面与主轴面NgNp面一致。通过光率体中心，垂直光轴面的方向称光学法线，与Nm轴一致。两个光轴之间的锐角称光轴角［图1-1-9（b）及图1-1-10］，以符号2V表示。两个光轴之间锐角的平分线称锐角等分线，以符号Bxa表示。两个光轴之间的钝角平分线称钝角等分线，以符号Bxo表示。根据Ng、Nm、Np值的相对大小，确定二轴晶矿物的光性符号。
当Ng-Nm＞Nm-Np时，为正光性。在这种情况下，Nm值比较接近Np值，以Nm为半径、在Ng轴与Np轴之间所作的两个圆切面比较靠近Np轴［图1-1-9（b）及图1-1-10（a）］，而垂直两个圆切面的两个光轴靠近Ng轴。因此，两个光轴之间的锐角平分线（Bxa）必为Ng轴。图1-1-9 二轴晶光率体的圆切面及光轴图1-1-10 二轴晶光率体（a）正光性光率体；（b）负光性光率体
当Ng-Nm＜Nm-Np时，为负光性。此时，Nm值比较接近Ng值，以Nm为半径、在Ng轴与Np轴之间所作的两个圆切面比较靠近Ng轴［图1-1-10（b）］，而垂直两个圆切面的两个光轴靠近Np轴。因此，两个光轴之间的锐角等分线必为Np轴。
由上述情况可知，二轴晶矿物的光性符号也可根据Bxa是Ng轴还是Np轴确定。当Bxa=Ng时，为正光性；Bxa=Np时，为负光性。
2V的大小取决于Ng-Nm和Nm-Np的大小，其关系式是：
因为一般矿物的主折射率值相差不大，可以把上两式近似地简化为：
二轴晶光率体的主要切面有：（1）垂直于光轴（垂直于OA）的切面［图1-1-11（a）］为圆切面，其半径等于Nm。光波垂直于这种切面入射时（即沿光轴入射），不发生双折射，不改变入射光波的振动特点及振动方向。相应的折射率值等于Nm，双折射率等于零。（2）平行于光轴面（平行于Ap）的切面［图1-1-11（b）］为椭圆切面（相当主轴面NgNp面），其长短半径分为等于Ng和Np。光波垂直这种切面入射时（即沿Nm轴入射），发生双折射，分解形成两束偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长短半径Ng轴和Np轴；相应的折射率值分别等于Ng与Np值。双折射率等于椭圆长短半径之差（Ng-Np），是二轴晶矿物的最大双折射率。（3）垂直于Bxa的切面［图1-1-11（c）、（d）］为椭圆切面。正光性光率体相当于主轴面NmNp面，其长短半径分别为Nm和Np；负光性晶体相当于主轴面NgNm面，其长短轴分别为Ng和Nm。光波垂直于这种切面入射时（即沿Bxa方向入射），发生双折射，分解形成两束偏光，其振动方向必定分别平行于椭圆切面的长短半径轴Nm和Np或Ng和Nm，相应的折射率值分别等于Nm和Np值或Ng和Nm值。双折射率等于Nm-Np或Ng-Nm，其大小介于零与最大双折射率之间。（4）垂直于Bxo的切面［图1-1-11（e）、（f）］为椭圆切面。正光性光率体相当于主轴面NgNm面，其长短半径分别为Ng和Nm；负光性晶体相当于主轴面NmNp面，其长短轴分别为Nm和Np。光波垂直于这种切面入射时（即沿Bxo方向入射），发生双折射，分解形成两束偏光，其振动方向分别平行于椭圆切面的长短半径轴Ng和Nm或Nm和Np；相应的折射率值分别等于Ng和Nm值或Nm和Np值。双折射率等于Ng-Nm或Nm-Np，其大小介于零与最大折射率之间。但无论是正光性还是负光性，垂直于Bxa切面的双折射率总是小于垂直于Bxo切面的双折射率。这是因为：正光性晶体的Ng、Nm、Np相对大小是：
负光性晶体的Ng、Nm、Np相对大小是：
以上平行于光轴面、垂直于Bxa、垂直于Bxo切面都是二轴晶光率体的主轴面，属于垂直光率体主轴的切面。图1-1-11 二轴晶光率体的主要切面（a）垂直于OA切面；（b）平行于Ap切面；（c）垂直于Bxa切面（+）；（d）垂直于Bxa切面（-）；（e）垂直于Bxo切面（+）；（f）垂直于Bxo切面（-）；（g）垂直于Ap的斜交切面（+）；（h）任意的斜交切面（+）（5）斜交切面。既不垂直于光轴也不垂直于主轴的切面属于斜交切面。这种切面有无数个，它们都是椭圆切面，但非主轴面。斜交切面大体可分为两种类型：
①垂直于主轴面的斜交切面，即垂直于NgNp面、NgNm面、NmNp面的斜交切面，称半任意切面。这类切面的椭圆长短半径中，总有一个半径是主轴（Ng轴或Nm轴或Np轴），另一个半径是Ng′或Np′。在半任意斜切面中，比较重要的是垂直NgNp面（光轴面）的斜交切面［图1-1-11（g）］。这种切面的椭圆半径中必有一个半径是Nm轴，另一个半径是Ng′或Np′。这种切面在某些情况下可以代替垂直于光轴的切面。垂直于光轴的圆切面实际上是这类切面的特殊类型。
②任意斜交切面［图1-1-11（h）］。椭圆切面的长短半径分别为Ng′和Np′。光波垂直于这类切面入射时（即除光轴和主轴方向以外的任意方向入射），发生双折射，分解形成两束偏光，其振动方向分别平行椭圆长短半径，相应的折射率值分别等于长短半径Ng′和Np′。双折射率等于长短半径之差（Ng′-Np′），其大小在零与最大双折射率之间变化。第四节 光性方位
光率体主轴与晶体结晶轴之间的关系称光性方位，也可以说是光率体在晶体中的位置。矿物的光性方位因所属的晶系不同而不同。
均质体矿物的光率体是圆球体，通过圆球体中心的任何三个互相垂直的直径可与等轴晶系的三个结晶轴相当（图1-1-4）。
一、中级晶族晶体的光性方位
中级晶族晶体（一轴晶）的光率体是一个旋转椭球体，其旋转轴（光轴、Ne轴）与晶体的高次对称轴（Z晶轴）一致。正光性晶体如石英［图1-1-12（a）］；负光性晶体如方解石［图1-1-12（b）］。图1-1-12 中级晶族晶体的光性方位
二、低级晶族晶体的光性方位
低级晶族晶体（二轴晶）的光率体为三轴不等的椭球体，具有三个互相垂直的二次对称轴（主轴）、三个对称面和一个对称中心，其2对称要素与斜方晶系晶体的对称要素（3L3PC）相同。因此，斜方晶系晶体的光性方位是：光率体的三个主轴与晶体的三个结晶轴一致。究竟是哪一个主轴与哪一个晶轴一致，因矿物不同而不同，如黄玉是Np=X，Nm=Y，Ng=Z［图1-1-13（a）］。2
单斜晶系晶体的对称要素是LPC。Y晶轴为二次对称轴。因此，光性方位是：Y晶轴与光率体三个主轴之一重合，其余两个主轴与另两个结晶轴斜交。究竟哪一个主轴与Y轴一致，其余二主轴与二结晶轴斜交的角度，因矿物种类而不同，如透闪石是：Nm=Y，Ng与Z轴的交角为15°［图1-1-13（b）］。
三斜晶系晶体的对称程度最低，只有一个对称中心与光率体的对称中心相当。因此，三斜晶系晶体的光性方位是：光率体的三个主轴与三个结晶轴斜交，其斜交角度因矿物而异。图1-1-13（c）是斜长石（An）的光性方位。35图1-1-13 低级晶族晶体的光性方位第五节 色散
白光由七种波长不同的单色光组成。不同的单色光在同一介质中表现的光学性质差异称为色散。
介质的折射率随单色光波波长不同而发生改变的现象称为折射率色散。一般来说，介质的折射率值随入射光波波长增加而减小。
液体介质的色散通常比固体介质显著。
非均质体矿物的双折射率随单色光波波长不同而发生改变的现象称为双折射率色散。
同一晶体的光率体随单色光波波长不同而发生大小、形状的改变现象称为光率体色散。不同晶系晶体光率体色散不同，可分为：（1）均质体的光率体色散，通常以紫光（violet）与红光（red）折射率的差值表示。如萤石色散弱，Nv=1.437，Nr=1.431，差值为0.006；金刚石色散强，Nv=2.465，Nr=2.402，差值为0.063。（2）一轴晶的光率体色散，本书从略。（3）二轴晶的光率体色散，本书从略。
由于大多数矿物的色散弱，用一般偏光显微镜鉴定表现不出来，可以忽略不计。这里不作详细介绍，读者可参阅李德惠主编的《晶体光学》第16～19页。
在后续的光性矿物各论中对矿物的色散采用弱、中、强来描述或用以v与r折射率的差值表示。思 考 题
1．光波在均质体和非均质体中传播特点有何不同？为什么？
2．光波在非均质体中传播时，其传播速度及相应折射率值是取决于光波的传播方向，还是取决于光波的振动方向？
3．绘出一轴晶负光性光率体的三种主要切面，并注明每一个切面的半径名称。
4．当入射光波为偏光，而其振动方向平行于入射光波的光率体椭圆长短半径之一时，光波进入矿片后的情况如何？如果入射偏光的振动方向与光率体椭圆长短半径斜交时，光波进入矿片后的情况如何？第二章偏光显微镜
偏光显微镜是研究透明矿物光学性质的重要仪器，比一般生物显微镜复杂，最主要的区别是装有两个偏光镜（图1-2-1）。其中一个装在载物台之下，称下偏光镜（起偏镜）；另一个装在接物镜之上的镜筒中，称上偏光镜（分析镜）。从这两个偏光镜透出的偏光，其振动面常是互相垂直的。图1-2-1 偏光显微镜的基本构造示意图第一节 偏光显微镜的构造
偏光显微镜的型号较多，但各种型号的构造大体相同。本章附有三种型号的偏光显微镜照片：我国江南光学仪器厂生产的XP-213透射偏光显微镜（图1-2-2）、日本奥林巴斯（Olympus）BHSP型高级偏光显微镜（图1-2-3）、德国莱兹（Leitz）Orthoplan-POL大型偏光显微镜（图1-2-4）。
以往我国大部分学生使用江南光学仪器厂生产的XPB-7型中级偏光显微镜，而今改用江南光学仪器厂生产的XP-213透射偏光显微镜，少部分学生使用奥林巴斯BHSP型高级偏光显微镜。因此，我们以XP-213透射偏光显微镜和奥林巴斯BHSP型高级显微镜进行介绍，叙述顺序大体按自下而上：（1）镜座，支持整个显微镜的全部质量，XP-213型和奥林巴斯BHSP的镜座（底座）为长方形（图1-2-2、图1-2-3）。图1-2-3的后方装有卤素灯光源，中部圆孔上装有视域光阑调节环及滤光片托架，前方装有电压表，前侧装有电源开关，右侧装有电压调节钮（可以改变光的强度）。图1-2-2 江南XP-213型透射偏光显微镜1—目镜；2—上偏光镜；3—物镜；4—载物台；5—薄片夹；6—载物台固定螺钉；7—锁光圈；8—聚光镜；9—下偏光镜；10—光源；11—镜座；12—电源线；13—微动调焦螺旋；14—粗动调焦螺旋；15—镜臂；16—试板孔；17—勃氏镜（2）镜臂。BHSP型高级偏光显微镜的镜筒为倾斜型，其镜臂固定不动（图1-2-3）。载物台永远水平，这样使用更方便。在镜臂下端装有粗动和微动调焦螺旋，可使载物台上升和下降，用以调节焦距。微动螺旋上有刻度，一个刻度等于2μm。（3）光源。江南XP-213型透射偏光显微镜使用电灯光源，可调节明亮程度。BHSP型偏光显微镜使用卤素灯光源，通过电压调节钮（图1-2-3）调节光的强度。（4）下偏光镜（起偏镜），由偏光片制成，位于电灯光源或卤素灯光源之上。灯光源来的自然光波通过下偏光镜之后，变成振幅固定的偏光。使用旋转环可以转动下偏光镜，用以调节下偏光镜振动面方向。通常是将下偏光镜的振动方向调节在东西方向上。一般以符号“PP”代表下偏光镜的振动方向。下偏光镜上装有固定螺钉，可以使下偏光镜固定。（5）锁光圈（光阑），位于下偏光之上，轻轻移动其调节手柄，可以使锁光圈自由开合，用以控制光线的通过量。缩小光圈可使视域光度减弱。（6）聚光镜，位于锁光圈和载物台之间，由一组透镜组成。它可以把下偏光镜透出的平行偏光束高度会聚成锥形偏光束，不用时可以推向侧面。聚光镜装有使该系统升降的螺旋，用于调节聚光镜的位置。有的偏光显微镜附有两个数值孔径（numerical aperture，简写为N·A·）不同的聚光镜，可以根据需要选用。BHSP型偏光显微镜的聚光镜上装有定心螺钉，用以调节聚光镜中心。（7）载物台，为一个可以水平转动的圆形平台。圆周边缘有360°的刻度，并附有游标尺，可以直接读出载物台转动角度（能读到分）。载物台中央有一个圆形孔，是光线的通道。圆孔旁有一对弹簧夹，用以夹住薄片。载物台外缘有固定螺钉，用以固定载物台。有的显微镜还装有使载物台上下移动的转动轮。BHSP型偏光显微镜的载物台上装有定心螺旋，用以校正载物台中心。转动镜臂下端所装的粗动和微动调焦螺旋，可以使载物台上升和下降，借以调节焦距。（8）镜筒。BHSP型偏光显微镜的镜筒为三管镜筒（图1-2-3），由倾斜双目镜筒和一个直筒联合组成。双目镜筒用于双目观察，直筒用于显微摄影。镜筒下端装有4孔物镜旋转盘，可以同时安装4个不同放大倍率的物镜。在每个安装物镜的圆孔旁，有两个物镜定心螺钉口，用以安装校正螺钉，校正物镜的中心。整个镜筒系统固定不动，调节焦距是借助于载物台的升降。（9）物镜（接物镜），是决定显微镜成像性能的重要因素，其价值相当于整个显微镜的1/5～1/2，由1～5组复式透镜组成。下端的透镜称前透镜，上端的透镜称后透镜。一般说来，前透镜越小，镜头越长，放大倍率越大。
每台偏光显微镜附有物镜5个，即4×、10×、25×、45×、63×。每个物镜上注有放大倍率及数值孔径；有的还注有光学筒长、薄片盖玻璃厚度及前焦距。BHSP型偏光显微镜附有4×、10×、20×、40×及100×（油浸）5个物镜。使用时将物镜安装在镜筒下端的旋转盘上，并将选用的物镜转到光学系统中。（10）物镜的光孔角（angular aperture）及数值孔径（numerical aperture）。通过物镜前透镜最边缘光线与前焦点所构成的夹角（图1-2-5中2θ）称光孔角（镜口角、开角）。当物镜与物体之间为空气时，物镜的数值孔径（镜口率、开口率、计量光孔）等于sinθ。当物镜与物体之间为浸油时（其折射率等于n），物镜的数值孔径等于nsinθ。从设计上看，通常是放大倍率越高，其数值孔径越大。放大倍率相同的物镜，其数值孔径越大，性能越好。欲使物镜性能充分发挥其数值孔径的相应效力，必须配合使用数值孔径相当的聚光镜；否则，物镜的性能受聚光镜的限制。（11）目镜（接目镜），附有目镜三个，5×及10×两个（其中一个装分度尺，一个装十字丝）。XP-213型和BHSP型偏光显微镜为双目镜（10×）。
显微镜的放大倍率等于目镜放大倍率与物镜放大倍率的乘积。例如，使用10×的物镜和10×的目镜，其总放大倍率应为10×10=100倍。（12）上偏光镜（分析镜），结构与下偏光镜相同，但其振动方向通常与下偏光镜振动面方向垂直。一般以符号“AA”表示上偏光镜振动方向。上偏光镜可以推入或拉出光学系统。XP-213型和BHSP型偏光显微镜的上偏光镜还可以转动。（13）勃氏镜（bertrand lens），位于目镜与上偏光镜之间，是一个小的凸透镜，可以推入或推出（或转入和转出）光学系统。有的勃氏镜可以上下和左右移动。有的还可以装有锁光圈或针孔光阑，观察细小矿物干涉图时，缩小光圈或加入针孔光阑，可以挡去其周围矿物透出光的干扰，使干涉图更为清晰。
除上述主要附件之外，偏光显微镜中还有一些附件：（1）测定颗粒大小及矿物百分含量的附件有物台微尺、机械台、六轴计积台及电动计积台等。图1-2-3 奥林巴斯BHSP型高级偏光显微镜1—照相装置安装部；2—目镜；3—视度调节环；4—勃氏镜；5—上偏光镜；6—上偏光镜旋转刻度；7—物镜旋转盘；8—物镜定心螺钉口；9—物镜；10—载物台；11—光圈调节柄；12—下偏光镜；13—滤光片托架；14—视域调节环；15—电源主开关；16—底盘（镜座）；17—电压调节钮；18—卤素灯光源；19—微动调焦螺旋；20—粗动调焦螺旋；21—镜臂；22—上偏光镜位置控制螺钉；23—观察筒图1-2-4 莱兹Orthoplan-POL大型偏光显微镜1—照相装置；2—目镜；3—附加透镜控制杆；4—物镜旋转盘（带定心螺钉口）；5—物镜；6—载物台；7—聚光镜；8—下偏光镜；9—聚光镜升降螺旋；10—灯聚光镜；11—滤光片托架；12—镜座；13—透射光灯室；14—微动调焦螺旋；15—粗动调焦螺旋；16—反射光灯室；17—镜臂；18—上偏光镜图1-2-5 物镜的光孔角（2）测定矿片上光率体椭圆半径及光程差的附件有石膏试板、云母试板、石英楔、贝瑞克补色器、倾斜补色器（K型和M型）、亚平行位入试板，布雷斯—凯勒椭圆补色器、谢乃蒙椭圆补色器（亚平行位λ/4试板）等。（3）精确测定消光位的附件有各种类型的半影板（双石英试板）。这种试板通常与穿孔目镜配合使用。（4）精确观察多色性的附件有二色目镜及二色试板等。第二节 偏光显微镜的调节与校正
一、装卸镜头（一）装目镜
将选用的目镜插入镜筒，并使目镜十字丝位于东西、南北方向。双目镜筒还需调节两个目镜间的距离，使眼睛间距与双筒视域一致。（二）装卸物镜
因显微镜型号不同，物镜装卸有下列3种情况：（1）弹簧夹型。将物镜上的小钉夹于镜筒下端弹簧夹的凹陷处，即可卡住物镜。（2）转盘型。将物镜安装在镜筒下端的物镜旋盘上（图1-2-3、图1-2-4），再将需用的物镜转到镜筒正下方（光学系统中），转至弹簧卡住为止（即似有阻碍时）。转过头或未到应有位置都会使物镜过分偏离目镜中轴而不能校正中心。（3）螺钉口型。将选用的物镜安装在镜筒下方的螺钉口上，拧紧为止。
二、调节照明（对光）
装上目镜及中倍物镜（10×或8×）以后，轻轻推出上偏光镜及勃氏镜（或转出勃氏镜），打开锁光圈。如果目视镜筒内视域总是不亮，可去掉目镜或推入勃氏镜，观察光源像。BHSP型偏光显微镜使用卤素灯光源，首先把电压确定为当地电压，使镜座右侧的电压调节钮处于低压方向。打开电源开关，向后移动电压调节旋钮（即向高压方向移动），使视域亮度增大至适合的亮度为止。
三、调节焦距（准焦）
调节焦距是为了使薄片中的物像清晰可见，其步骤如下：（1）完成装卸镜头及调节照明之后，将欲测矿片置于载物台中心，并用载物台上的一对弹簧夹把矿片夹紧。必须使矿物的盖玻璃朝上，否则不能准焦，特别是使用高倍物镜时。（2）从侧面观察，转动粗动调焦螺旋，使镜筒下降或使载物台上升，至镜筒下端的物镜与载物台上的薄片比较靠近为止。若使用高倍物镜，必须使物镜几乎与薄片接触为止。（3）从目镜中观察，转动粗动调焦螺旋，使镜筒缓缓上升，或使载物台缓缓下降，至视域内物像基本清楚，再转动微动螺旋，直至视域内物像完全清晰为止。
准焦之后，物镜前端与薄片平面之间的距离称工作距离。工作距离的长短与物镜的放大倍率有关。一般说来，物镜的放大倍率越小，工作距离越长；物镜的放大倍率越大，工作距离越短。在显微镜说明书中可以查到不同放大倍率物镜的工作距离。
在调节焦距时，绝不能眼睛看着镜筒内而下降镜筒或上升载物台。因为这样很容易使物镜与薄片相碰，不仅压碎薄片而且易损坏物镜。使用高倍物镜时尤应注意，因为高倍物镜工作距离很短，准焦后几乎与薄片平面接触。如果薄片上的盖玻璃向下放，不仅根本不能准焦，而且最容易压碎薄片及损坏物镜。初学者最好先使用低倍或中倍物镜准焦后，再换用高倍物镜准焦。
四、校正中心
在偏光显微镜的光学系统中，载物台的旋转轴、物镜中轴及目镜中轴应当严格在一条直线上。此时，转动载物台，视域中心（即目镜十字丝交点）的物像不动，其余物像绕视域中心作圆周运动（图1-2-6）。如果它们不在一条直线上，当转动载物台时，视域中心的物像将离开原来的位置，连同其他部分的物像绕另一中心旋转（图1-2-7中的O点）。这个中心O点代表载物台的旋转轴出露点位置。在这种情况下，不仅可能把视域内的某些物像转出视域之外妨碍观察，而且影响某些光学数据的测定精度。特别是使用高倍物镜时，根本无法观察。因此，必须进行校正，使目镜中轴、物镜与载物台旋转轴一致。这就是校正中心。图1-2-6 物镜中轴、目镜中轴与载物台旋转轴在一条直线上时，转动载物台，视域内物像的移动情况图1-2-7 物镜中轴、目镜中轴与载物台旋转轴不在一条直线上时，转动载物台，视域内物像的移动情况（a）载物台旋转轴出露点O在视域内；（b）载物台旋转轴出露点O在视域外
在偏光显微镜的光学系统中，目镜中轴是固定的，部分显微镜的载物台也是固定的，只能校正物镜中轴，有些显微镜载物台也能校正。校正物镜中轴是借助于安装在物镜上或物镜旋转盘上的两个定心校正螺钉进行的。校正载物台旋转轴是用安装在载物台上的两个定心校正螺钉进行的。
在校正之前，必须首先检查物镜是否安装在正确的位置上。如果物镜没有安装在正确的位置上，不仅不能校正好中心，而且容易损坏定心校正螺钉。在校正中心时，如果发现定心校正螺钉扭动困难或扭不动，切勿强行扭动，应立即检查原因，或与实验管理人员或指导老师联系。
校正中心的具体步骤如下：（1）将物镜安装在正确的位置上。准焦后，在薄片中选一质点a。移动薄片，使质点a位于视域中心十字丝交点处［图1-2-8（a）］。（2）将薄片固定，旋转载物台。若目镜中轴与载物台旋转轴不一致，则质点a围绕另一中心作圆周运动［图1-2-8（b）］，其圆心O点为载物台旋转轴出露点。（3）旋转载物台180°，使质点a由十字丝交点移至a′处［图1-2-8（c）］。（4）扭动物镜上的定心校正螺钉，使质点由a′处移至偏心圆的圆心O点［图1-2-8（d）］。（5）移动薄片，使质点由O点移至十字丝交点［图1-2-8（e）］。转动载物台，如果该质点不动［图1-2-8（f）］，则中心已经校正好。如果该质点仍离开十字丝交点绕较小偏心圆移动，则必须按上述方法重复校正，直至完全校正好为止。（6）如果中心偏移很大，转动载物台，质点a由十字丝交点移至视域之外（图1-2-7及图1-2-9）。根据质点移动情况，估计偏心圆圆心O点在视域外的位置及偏心圆半径长度。然后将质点转回十字丝交点。扭动物镜上的定心校正螺钉，使质点由十字交点向偏心圆圆心O点相反方向移动大约相当于偏心圆半径的距离（图1-2-9）。再移动薄片，使质点回移至十字丝交点处。转动载物台，该质点可能在视域呈小圆圈移动。此时可按上述中心偏离较小的方法进行校正。如果中心偏移较大，质点仍移出视域之外，再按偏心较大的方法校正。经过3～4次校正之后，若中心仍然偏离较大，则应当检查原因或报告指导老师。图1-2-8 校正中心的步骤示意图（a）移动薄片；（b）转物台360°；（c）转物台180°；（d）扭动校正螺旋；（e）移动薄片；（f）转物台360°
五、视域直径的测定（1）中倍或低倍物镜的视域直径可以直接使用有刻度的透明尺测定。测定时，将透明尺置载物台中心部位，对准焦点后，观察视域直径的长度值，记录该数值备以后查用。（2）高倍镜的视域直径可以使用物台微尺测定。物台微尺是嵌在玻璃片中的一个小微尺。微尺的总长度1～2mm，其中刻有100～200个小格，每个小格等于0.01mm。测量时将物台微尺置载物台中心，对准焦点，观察视域直径相当于物台微尺的多少小格。若为20小格，则视域直径等于20×0.01=0.2 mm。
六、目镜十字丝的检查
测定某些光学性质时，目镜十字丝是否正交较为重要。检查时，先将具有直边的矿物颗粒置于视域中心，使矿物的直边与目镜十字丝横丝平行（图1-2-10），记录载物台读数；转动载物台90°，观察矿物直边是否与目镜十字丝纵丝平行。如果平行，说明十字丝是正交的；如果不平行，说明目镜十字丝不正交，需要专门修理。
七、偏光镜的校正
在偏光镜的光学系统中，下、上偏光镜振动方向应当正交，而且是东西、南北方向，并分别与目镜十字丝平行。校正方法如下。图1-2-9 中心偏离较大时校正中心的示意图图1-2-10 目镜十字丝的检验（一）确定及校正下偏光镜的振动方向
使用中倍物镜准焦后，在岩石薄片中找一个具极完全解理缝的黑云母置于视域中心。转动物台使黑云母的颜色变得最深为止。此时黑云母解理缝方向代表下偏光镜振动方向（因为光波沿黑云母缝方向振动时，吸收最强，颜色最深）。如果黑云母解理缝方向与目镜十字丝的横丝（东西方向）平行，则下偏光镜位置正确，不需要校正。如果不平行，转动载物台，使黑云母解理缝方向与目镜十字丝的横丝平行（图1-2-11），旋转下偏光镜，至黑云母的颜色变得最深为止。此时下偏光镜振动方向位于东西方向。
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