双反射,也称
反射多色性,是在单偏光下看到的一种光学现象。当转动台改变物体的方位时,有一些物体的切面可观察到亮度(反射率)的变化,此即为物体的“双反射(Bireflectance,Bireflection)”。
定义
双反射,也称
反射多色性,是在单偏光下看到的一种光学现象。当转动台改变物体的方位时,有一些物体的切面可观察到亮度(反射率)的变化,此即为物体的“
双反射(Bireflectance,Bireflection)”。
形成机理
双反射的形成机理,一般认为非均质物体双反射的显著程度取决于物体的相对双反射率(ΔR'),而与物体的绝对双反射率(ΔR )没有太大的关系。
式中R1和R2分别为物体最大(最高)和最小(最低)的主反射率。
观察方法
双反射和反射多色性是随着非均质物体的方位改变显示出来的反射率和反射色的变化,故要求在显微镜单偏光条件下观察。
此时不断转动物台,观察欲测物体的单个颗粒或集合体亮度和颜色的变化即可。 观察集合体时可先在正交偏光下转动物台看到不同颗粒的轮廓、界线之后再用单偏光观察双反射和反射多色性
物体双反射和反射多色性的视测分级一般可分为特强(单个晶粒特别显著)、显著(单个晶粒清楚可见)、清楚(多颗粒集合体清楚可见)、微弱(多颗粒集合体隐若可见)、无(多颗粒集合体在浸油中也不显示亮度和颜色的差异)五级。
在高质量的
矿相显微镜下观察时由于光学成像清晰度高、单偏光偏振化程度高和光源强度大可使微弱的亮度和颜色变化显示出来并能详细区分等级。
结合一般教学实验室的条件(教学用显微镜的质量)采用较粗略的两级视测分级:
I.可见——在空气中用一般教学用显微镜单偏光下转动物台观察物体单个晶粒或多颗粒集合体可显示反射率或反射色变化者属于本级;
Ⅱ.未见——在上述条件下未显示亮度和颜色变化者属于本级。
在实际生产和科研工作中,由于配备有较精密的显微镜以及使用浸油,因而双反射和反射多色性的分级较为复杂(三级、四级或五级分级)。而且还可以定量地测定最大和最小反射率的精确数值以至颜色指数x、y、Rvis、λd、Pe,确切地表示物体的双反射和反射多色性的特征。
偏光分束棱镜
偏光分束镜是光学技术中常用的重要器件,它的基本功能是将一束光变换成两束振动方向相互垂直的
平面偏振光。根据不同的工作原理,人们已经相继制成功了多种类型的偏光分束镜,例如基于光在单轴晶体中的双 折射现象制成的各种棱镜式偏光分束镜,基于多层介质膜内干涉效应制成的薄膜偏光分束镜等。偏光分束棱镜—复式双反射偏光分束棱镜。 它是利用入射光在单轴晶体内全反射时将相 互垂直振动的。0、e光在空间分开,从 而实现起偏分束的。这种偏光分束梭镜除具有 一般棱镜式偏光分束镜的特点外,择具有分束角大,可以在偏光分束同时实现光束转向约90°等特点,因此,它在光学技术中将会获得更广泛的应用。
结构及原理
图1是结构简易图。它由两块单轴晶体组成,因此称它为复式的。第一块晶体光轴垂直于入射端面,第二块晶体光轴在出射端面内,而且与第一块光轴垂直。棱镜反射面BA与入射端面夹角为45°。正入射光束进入第一块晶体后,沿光轴传播到达棱镜斜面AB前一直没有发生双折射。在BA界面发生全内双反射,被分解成为o、e两束
平面偏振光。两偏振光束经分界面BD进入第二晶体,原来的o光变成e光,原来的e光变成。光折射的结果使两光束的分束角进一步扩大(图1),最后经出射端面进入空气时,两束光再一次折射偏折,使分束角再次扩大。故入射光束经该棱镜后被分成具有大分束角的两束平面偏振光。棱镜的分束角与设计参数甲、刀的关系由下面的关系式给出。根据菲涅尔定律,o、e两光束在棱镜斜面双反射时应满足的反射定律为
其中a是反射后e光波的法线与垂直于光轴方向之间的夹角, 是该e光波沿其光波法线方向的折射率。
两反射光束在分界面BD上发生偏折时应满足的折射定律的形式为:
最后在出射端面,两光束进一步偏折,满足方程:
两光束分束角,即棱镜分束角 为:
为获得较大的分束角,o、e两光束在出射端面方向必须反向偏折,此时 角必须满足:
对于给定的设计参数 ,即可定出相应的分束角 。
相关应用
事实上,若采用现代化精密仪器测量任何等轴晶系以外的矿物,除均质切面以外的任何切面在转动物台改变矿物方位时其反射率都不相同,其反射色的颜色指数也都会有所差异。但是以观察者的视觉在
矿相显微镜下却只能看到一部分矿物显示双反射和反射多色性。
无色类和微弱颜色类矿物只观察到双反射,显著颜色类矿物主要观察到反射多色性,这是由于观察者视党灵敏度不够高而造成的。矿物的双反射、反射多色性的差异是矿相鉴定的重要标志。
一些矿物的双反射和双射多色性实例如下表: