Principios de formación de diagramas de polarización
Cuando la luz incidente pasa a través de una lente objetivo de gran aumento, convergerá en un haz en forma de cono. A excepción de la luz incidente vertical en la parte central, las otras partes son luz oblicua desde varios ángulos. Según la definición de óptica física, el plano compuesto por la luz incidente y la luz reflejada se llama superficie incidente. La línea recta perpendicular a la superficie incidente se llama normal incidente. El ángulo entre la luz incidente y la normal se llama ángulo incidente. El ángulo entre la luz reflejada y la normal se llama ángulo incidente. El ángulo entre las líneas se llama ángulo de reflexión y debe ser igual al ángulo de reflexión.
La luz polarizada plana que incide verticalmente sobre una superficie uniforme de un objeto (superficie lisa mineral uniforme) no cambia la dirección de la vibración cuando se refleja. Pero cuando la luz polarizada plana incide oblicuamente, la luz reflejada producirá dos fenómenos: uno es la rotación de la superficie de vibración de la luz reflejada, denominada "rotación de reflexión", es decir, la superficie de vibración de la luz reflejada será inconsistente con la superficie de vibración de la luz incidente. La otra es que la luz reflejada produce una polarización elíptica debido a una diferencia de fase distinta de 0 y π, formando una polarización elíptica de reflexión.
Figura 6-1 Reflexión de luz polarizada plana que incide oblicuamente sobre un objeto uniforme (mineral) en cada cuadrante del campo de visión sobre la luz polarizada plana incidente.
(Según Qiu, 1982)
Los cuadrantes I y III giran en el sentido de las agujas del reloj, mientras que los cuadrantes II y IV giran en el sentido contrario a las agujas del reloj. ∠I′OE es el ángulo de rotación de reflexión Rrβ.
Cuando la luz polarizada plana que pasa a través de la lente del objetivo de gran aumento converge en un haz en forma de cono sobre la superficie de luz mineral, hay tres superficies incidentes diferentes: una es que la superficie incidente es paralela a la superficie de vibración de la luz polarizada incidente, y la otra es la superficie incidente perpendicular al plano de vibración de la luz polarizada, la tercera es que la superficie incidente está inclinada hacia el plano de vibración de la luz polarizada (varios ángulos de acimut). Uno o dos tipos de luz reflejada no rotarán el plano de vibración de polarización, y el tercer tipo de luz reflejada rotará el plano de vibración de polarización. Al mismo tiempo, la luz reflejada por la superficie lisa de minerales metálicos fuertemente absorbentes formará una polarización elíptica debido a diferencias de fase circunferenciales distintas de 0 y π. El mecanismo de "rotación de reflexión" se muestra en la Figura 6-1. PP representa la dirección de vibración de la polarización frontal, AA representa la dirección de vibración de la polarización superior, XX y X'X' son las superficies incidentes (que representan el tercer caso) e I representa la polarización incidente (transmisión). La luz polarizada incidente se descompone en dos partes: la superficie incidente paralela I∑ y la superficie incidente perpendicular I⊥. Después de la reflexión, estas dos partes se convierten en e∨ y E⊥, las amplitudes son OE∨ y OE⊥, y la relación de. oi∨ y OI⊥ No consistentes, OE⊥ es mayor que OE∨. Por lo tanto, la dirección de la luz reflejada sintetizada OE es diferente de la dirección de la luz incidente OI, es decir, se forma una rotación del plano de vibración de polarización (rotación de reflexión). La magnitud de la amplitud compuesta de reflexión OE y el ángulo de rotación de reflexión R rβ es proporcional al ángulo de incidencia, es decir, los dos primeros aumentan con el aumento del ángulo de incidencia, por lo que aumentan gradualmente desde el centro hasta el borde de la vista. El área, y OE y rβ también están relacionadas con el ángulo de incidencia. Está relacionado con el ángulo de acimut del plano, es decir, desde la mira hasta 45 °, su "rotación de reflexión" aumenta gradualmente (R rβ se hace más grande). Dado que OE⊥ es siempre mayor que OE∨, sus reflexiones se distribuyen de forma rotacionalmente simétrica en los cuatro cuadrantes (Figura 6-1). Cabe señalar que OE y Rrβ también están estrechamente relacionados con las propiedades del propio mineral.
Si el objeto reflectante es un mineral opaco absorbente, dado que la diferencia de fase entre e∑ y E⊥ no es 0 y π, la luz reflejada resultante debe ser una vibración elíptica (polarización elíptica). La naturaleza de su elipse está relacionada con la longitud de onda, el acimut incidente, el ángulo de incidencia y las propiedades minerales de la luz polarizada incidente. La dirección de rotación aparente de reflexión del eje largo de la elipse es la misma que la dirección de rotación de reflexión de los cuatro cuadrantes del campo de visión, es decir, el ángulo entre el eje largo de la elipse de reflexión y la vibración del plano incidente y la El ángulo de rotación aparente de reflexión Rr está distribuido simétricamente.
2. Diagrama de polarización de minerales homogéneos
Al observar minerales opacos homogéneos con una lente de objetivo de alta potencia (>40 veces) bajo polarización ortogonal, debido al efecto de convergencia del objetivo. Lente, además de la vertical Fuera del haz central del plano de luz mineral, la polarización del plano incidente es casi en su totalidad luz oblicua. Por lo tanto, bajo polarización ortogonal, puede ver una imagen similar al patrón de interferencia de la sección transversal del fondo del cristal del eje (Figura 6-2), es decir, la parte principal es la zona de extinción de la "cruz negra", y los cuatro cuadrantes Son partes brillantes. Esta imagen se llama "imagen de polarización" y está formada por "rotación de reflexión". Como puede verse en la Figura 6-2, el polarizador frontal está orientado de este a oeste (PP). La superficie de vibración de la luz incidente en la línea PP es paralela a la superficie incidente y la superficie de vibración de la línea AA es perpendicular a la superficie incidente, por lo que la dirección de vibración de la luz reflejada no gira.
Como lo muestra la línea de doble flecha en la posición de la "cruz negra" en la imagen, cuando llega al polarizador superior AA, esta parte de la luz es completamente interceptada y no puede pasar a través del polarizador superior, formando así una "cruz negra". Para la luz incidente en los cuatro cuadrantes fuera de la "cruz negra", la superficie incidente en cualquier punto está inclinada hacia el plano de vibración polarizada. Durante la reflexión, el plano de vibración de la luz polarizada reflejada gira en distintos grados. Las líneas continuas cortas en los cuatro cuadrantes de la figura representan la dirección del plano de vibración de polarización reflejado en cada punto. A medida que la luz incidente se aleja del centro del campo de visión, el ángulo de inclinación se vuelve mayor, es decir, cuanto mayor es el ángulo de incidencia, y cuanto más se aleja del centro del campo de visión y de la retícula, mayor es el ángulo de rotación de reflexión. Por tanto, cuanta más luz pasa por el polarizador superior, mayor es su brillo. Después de girar ligeramente el polarizador superior desde la posición ortogonal, la imagen de la "cruz negra" se descompone en una hipérbola (Figura 6-3). La posición de la hipérbola es exactamente algunos puntos en la superficie lisa del mineral, y la superficie de vibración de la rotación reflejada es perpendicular a la superficie de vibración de polarización superior girada. Por lo tanto, cuando el polarizador superior se gira hacia A'A', la hipérbola aparece en el segundo y cuarto cuadrante, y cuando el polarizador superior se gira en el sentido de las agujas del reloj, la hipérbola aparece en el primer y tercer cuadrante. Cuando la luz incidente es luz blanca, después de girar el polarizador, se pueden ver dos colores diferentes de imágenes. El primero toma como ejemplo la calcocita azul. En su imagen, hay bordes rojos y azules en las superficies cóncavas y convexas de la hipérbola (Figura 6-4). La superficie convexa aparece azul, lo que indica que el ángulo de rotación de reflexión de la luz roja es mayor que el de la luz azul, porque la dirección de vibración de la luz roja es justo perpendicular al polarizador superior y desaparece, mientras que el ángulo de rotación de la luz azul es más pequeño y no es perpendicular al polarizador superior, por lo que puede pasar a través del polarizador superior. Aparece una franja azul cuando se usa un polarizador. La superficie cóncava está más alejada del centro del campo de visión que la superficie convexa, y su ángulo de incidencia también aumenta en consecuencia, por lo que la luz azul ha alcanzado la perpendicularidad al polarizador superior y desaparece, pero la rotación de la luz roja ha excedido La perpendicularidad al polarizador superior, parte de la luz puede pasar a través del espejo analítico, por lo que la superficie cóncava aparece roja. El fenómeno anterior se debe a la cantidad de rotación de reflexión causada por diferentes longitudes de onda, por lo que se llama dispersión de rotación de reflexión dr R. Por ejemplo, la dispersión de la calcocita azul está representada por DRr = = rojo > azul (R > V) (Figura 6-4). Los bordes de color opuestos indican DRR = azul > rojo (V > R), como la pirita (Figura 6-5B).
Figura 6-2 La formación del patrón de polarización cruzada negro de minerales homogéneos
Figura 6-3 Cuando el polarizador superior se gira de AA a A'A', el El El diagrama de polarización de la "cruz negra" se convierte en una hipérbola.
Figura 6-4 La relación entre el borde de color de la banda de extinción hiperbólica y la dirección de vibración de la luz roja y azul cuando se gira el polarizador superior.
Figura 6-5 Diagramas de polarización del oro natural (a) y la pirita (b) después de girar el polarizador.
El segundo tipo de imagen en color se caracteriza por límites borrosos de la hipérbola, y la parte media de la hipérbola está conectada al centro del campo de visión o tiene el mismo tono, como el oro natural, que es amarillo anaranjado. Este tipo de polarización elíptica es causada por una elipticidad grande (fuerte) cuando se refleja en minerales fuertemente absorbentes y no puede formar una verdadera "zona de extinción". Las imágenes de minerales metálicos naturales como el oro, la plata y el cobre entran todas en esta categoría (Figura 6-5A). Esta dispersión se denomina dispersión elíptica de reflexión, representada por el símbolo DE.
Ya sea que se trate de dispersión rotacional por reflexión DRr o dispersión elíptica DE, no solo están relacionadas con el ángulo de incidencia y el ángulo de azimut de las ondas de luz y la luz polarizada incidente, sino que también están estrechamente relacionadas con las propiedades del propio mineral. (N y K, etc.). ), por lo que también son una de las características ópticas de los minerales y ayudan en la identificación de minerales.
Los diagramas de polarización de minerales homogéneos comunes se muestran en la Tabla 6-1.
Los diagramas de polarización de minerales homogéneos comunes en la Tabla 6-1
indican lo que mide el editor. borde cóncavo) borde convexo.
3. Diagrama de polarización de minerales heterogéneos
Figura 6-6 Diagrama de polarización hiperbólica de minerales heterogéneos en la posición de 45°
Cuando el mineral se encuentra en estado de extinción ( es decir, cuando la reflectancia principal de una sección transversal es paralela o perpendicular al plano de vibración de polarización), el patrón de polarización del mineral heterogéneo es el mismo que el del mineral homogéneo, es decir, una "cruz negra", que también se descompone en doble cuando la curva del polarizador gira. Dado que este mineral no tiene efecto isorotacional en el nivel de extinción (como se mencionó en el capítulo anterior), sólo juega un papel el espín de reflexión.
Pero cuando el mineral se gira desde la posición de extinción a la posición de 45° a través de la etapa animal giratoria, la "cruz negra" se descompondrá en una zona de extinción hiperbólica. Cuando el mineral está a 45°, la separación de la hipérbola es la más grande (Figura). 6-6). Por otro lado, sobre la mesa giratoria hay cuatro "cruces negras" y cuatro "hipérbolas". Dado que el mineral heterogéneo está en la posición de extinción, el efecto de rotación heterogénea se superpone a la rotación de reflexión, por lo que la mesa de rotación también forma una hipérbola bajo polarización ortogonal. El mecanismo se muestra en la Figura 6-6: el mineral está a 45°, I representa la dirección de vibración de la luz incidente, R1 representa la dirección de rotación de reflexión del mineral en los cuatro cuadrantes y la línea de doble flecha en la cruz representa la Rotación de reflexión heterogénea del mineral. La vibración suma de los dos está representada por R2. Las posiciones hiperbólicas de los cuadrantes II y IV son exactamente paralelas al polarizador PP debido a las dos rotaciones, por lo que no pueden pasar por el polarizador superior ortogonal a ellos, por lo que son bandas de extinción hiperbólicas. .
También se puede ver en la Figura 6-6 que el punto en el círculo pequeño es otra línea diagonal. Ahora analice la rotación en la intersección de OS y el círculo X. El ángulo de rotación de reflexión de este punto es menor que el punto b. Por lo tanto, todos los puntos en la línea OS donde la rotación de reflexión es igual a la rotación no uniforme están ubicados dentro del círculo X. . Por lo tanto, los puntos de compensación (puntos de compensación) en otros radios más cercanos al diámetro este-oeste se alejarán gradualmente del círculo X. A lo largo del cuadrante, estos puntos convergen para formar una zona de extinción hiperbólica.
Aunque el patrón de polarización de los minerales heterogéneos se compone de rotación heterogénea y rotación de reflexión a 45°; el centro del campo de visión y la posición de "cruz" no producen reflejos bajo el efecto de polarización de convergencia de reflexión. , sólo funciona la rotación no uniforme. Por lo tanto, cuando el mineral está en esta posición (45°), el ángulo en el que el polarizador superior convierte la hipérbola en una cruz negra es el ángulo de rotación no homogéneo (Arβ) o el ángulo de rotación aparente no homogéneo (Ar). Además, cuando el mineral heterogéneo está a 45°, la distancia entre sus dos hipérbolas también representa el tamaño del ángulo de rotación heterogéneo, expresado como porcentaje del diámetro del área de visión.
Si utilizas luz monocromática y observas el patrón de polarización de minerales heterogéneos a 45°, sólo podrás ver bandas de extinción hiperbólicas con diferente "negrura". Sin embargo, muchos minerales tendrán bordes de color cuando se observan bajo luz blanca. La franja de color se genera en las siguientes tres situaciones: ① La zona de extinción hiperbólica formada al girar el espejo analítico cuando el mineral está en el nivel de extinción ② La zona de extinción hiperbólica formada por la etapa giratoria bajo polarización ortogonal; se realizan simultáneamente. Sin embargo, su origen y efecto de color dependen de dos tipos de dispersión, a saber, la dispersión rotacional por reflexión DR r (descrita en el diagrama de polarización de minerales homogéneos) y la dispersión rotacional aparente no homogénea (o falta de homogeneidad) causada por la dispersión rotacional del mineral)DAr. Cuando se observa una dispersión del ángulo de rotación aparente no homogénea, debido al efecto de dispersión de la rotación por reflexión, las dos dispersiones no se pueden separar completamente y solo se pueden llamar dispersión integral (conjunta) D (Ar RR), por lo que solo se puede utilizar como un análisis cualitativo. para ayudar a identificar minerales.
Debido a la compleja relación entre los fenómenos de dispersión de los diagramas de polarización de minerales heterogéneos, no se puede dar una explicación exhaustiva en la actualidad, por lo que la siguiente es una explicación cierta y parcialmente empírica.
Según la relación entre las dos superposiciones de dispersión anteriores, pueden ocurrir cuatro situaciones. El primer caso, el más sencillo, toma como ejemplo la imagen de polarización del azul cobre. Bajo polarización ortogonal, cuando la sección del eje C paralela o inclinada de color azul cobre se gira hacia la mesa del animal para que esté en la posición de extinción, aparece una imagen en forma de "cruz". Luego, al girar el polarizador superior, la zona de extinción se descompone en hipérbolas, en los cuadrantes noroeste y sureste. El lado cóncavo de cada zona de extinción aparece de color rojo intenso, y el lado convexo y las áreas cercanas aparecen de color azul verdoso claro (primera parte de la Figura 6-7a). Después de volver a girar el espejo de análisis a la posición ortogonal, el escenario animal se giró 45° para que la hipérbola reapareciera en los cuadrantes noroeste y sureste. Sin embargo, cuando se veía desde el centro, había bordes de colores obvios. del campo miope, la superficie cóncava era de color azul, la superficie convexa es de color rojo anaranjado brillante (la segunda parte de la Figura 6-7a).
Explicación: La primera parte de la figura muestra que la relación óptica a ambos lados de la zona de extinción es la misma que la que forma el borde de una dispersión mineral uniforme, ya que simplemente se provoca al girar el polarizador superior para descomponer la imagen "cruzada" en hipérbolas. Causado por la dispersión rotacional de la reflexión detrás de la imagen.
Es decir, la luz azul desaparece a lo largo del borde rojo, por lo que la dirección de vibración de la luz azul debe ser perpendicular al plano de vibración (AA) del polarizador superior; de manera similar, la luz roja desaparece a lo largo del borde azul, por lo que la dirección de vibración; de la luz roja debe ser perpendicular al plano de vibración del polarizador superior. En la segunda parte de la figura, después de que el polarizador superior se vuelve a colocar en la posición ortogonal, la mesa del animal se gira 45° y la rotación anisotrópica causada por el mineral es en el sentido de las agujas del reloj en esta posición. El borde rojo RO indica la dirección de vibración de la luz roja después de la rotación de reflexión en este momento. Si la antirrotación causada por la heterogeneidad mineral es exactamente igual al giro de reflexión y la dirección de vibración de la luz roja desaparece en la dirección este-oeste, pero se ve luz roja en el borde convexo, entonces significa que el efecto de la rotación heterogénea de la luz roja es más fuerte que el giro de reflexión y no se puede cancelar, es decir, después de que las dos rotaciones se superponen, la dirección de vibración de la luz roja o 1 debe estar en el lado derecho de la dirección este-oeste. Y la luz azul desaparece aquí. Esto muestra que la rotación de la luz azul causada por la reflexión se compensa con la rotación no uniforme del mineral, por lo que la dirección de vibración cambia de OB a OB1 (este-oeste). En el lado cóncavo, el ángulo de rotación de la reflexión aumenta gradualmente hacia afuera, lo que es exactamente igual a la rotación desigual de la luz roja, pero se compensa porque la dirección de rotación es opuesta, por lo que el lado cóncavo es el lado azul. En resumen, como se muestra en la Figura 6-7a, muestra que la dispersión rotacional aparente DAr de la heterogeneidad mineral es mayor en rojo que en azul (r > v). Para el azul cobrizo, DRr y DAr son rojo > azul (R > V). Si en las dos operaciones anteriores (dos partes), la distribución de los bordes de color es exactamente opuesta a la situación anterior, entonces DRr y DAr son ambos azul > rojo (V > R).
La Figura 6-7 muestra la rotación de la dirección de vibración de la luz roja y azul y su relación de borde de color con el diagrama de polarización de minerales heterogéneos.
La primera parte de cada imagen muestra el mineral en posición de extinción, con el polarizador superior (siendo AA el plano de vibración) desviado en sentido antihorario. En la segunda parte de cada figura, el polarizador superior AA es ortogonal al polarizador frontal PP y el mineral está a 45° en los cuadrantes II y IV, donde la rotación no uniforme del mineral es en sentido horario. O NR, OB y NB son las direcciones de vibración de la luz roja y la luz azul en los puntos O y M después de la reflexión y la rotación respectivamente, OR1, NR1, OB1 y NB1 representan respectivamente las direcciones de vibración de la luz roja y la luz azul; se mueven en direcciones opuestas, superpuestas unas a otras. Los bordes rojos están representados por puntos finos y los bordes azules están representados por puntos gruesos.
La segunda situación posible se muestra en la Figura 6-7b. Cuando el polarizador superior gira, no hay ningún borde de color en la primera banda de extinción, DRr = =. En la segunda parte de la figura, la superficie cóncava es azul y el borde convexo es rojo, por lo que Dar = r > v si los bordes de color son opuestos, Dar = v > r; La tercera situación se muestra en la Figura 6-7c. Se puede ver en la primera parte que DRR = R > V; la segunda parte de la banda de extinción es incolora, y la relación entre la rotación óptica de reflexión de la luz roja y azul y la rotación óptica no uniforme debe ser: p>
∠ror 1 b 1 =∠ROB ∠bor 1 b 1
Dado que la dirección de vibración de la luz roja y azul es perpendicular al polarizador superior en este punto (punto O), la extinción La zona es negra y no tiene borde de color. Como se puede ver en la figura, la primera parte DRr es R > V, y la segunda parte DAr también debe ser R > V. Si los bordes de color son opuestos en la primera parte, entonces DRr y DAr también son V > R ..
La cuarta situación se muestra en la Figura 6-7d. La primera parte de la figura es la misma que la figura anterior, DRr es r > v, pero cuando el espejo analítico se vuelve a colocar en la posición ortogonal y el mineral está a 45°, la distribución de los bordes del color es la misma que la primera parte. (el borde cóncavo es rojo y el borde convexo es azul). Los bordes de color en esta forma de distribución solo pueden aparecer cuando se cumple la siguiente relación, es decir,
∠BOB1 > ∠ROR1 -∠BOR
Sin embargo, en este caso, rojo La dispersión relativa La intensidad del ángulo de rotación aparente de la luz azul puede no ser identificable porque el ángulo de rotación aparente de la luz azul puede ser menor, igual o mayor que el ángulo de rotación aparente de la luz roja. Sólo se puede deducir una dispersión relativa si la intensidad de los bordes de color en la primera y segunda parte es significativamente diferente.
Si el borde de color de la segunda parte es más débil que el de la primera parte, entonces Dar = r > v, si la intensidad del borde de color de la primera parte y la segunda parte es igual, entonces Dar = o; El borde de la segunda parte es más fuerte que la primera parte, Dar = v > r. En la Figura 6-7d, si las posiciones de los bordes de color son opuestas, es decir, cuando DRR = V > R, entonces.
Si la dispersión angular de la rotación aparente heterogénea no se puede juzgar a partir del borde de color hiperbólico del diagrama de polarización, la rotación aparente heterogénea de los minerales se puede medir cuantitativamente utilizando luz monocromática roja y azul, respectivamente. el símbolo de DAr. Este método se describe en la siguiente sección.
En resumen, los principales contenidos observados en el diagrama de polarización de minerales heterogéneos son: reflexión dispersión rotacional DR r e intensidad; dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad, dispersión rotacional aparente no uniforme DAr e intensidad. dispersión Ángulo de rotación Ar (para rojo, blanco, azul y otros colores de luz) y separación hiperbólica, etc. Los diagramas de polarización de minerales heterogéneos comunes se muestran en la Tabla 6-2.
Tabla 6-2 Diagramas de polarización de minerales heterogéneos comunes
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Nota: ")" representa el color de las superficies cóncavas y convexas de dispersión integral.