一、光的性質(zhì)
光可被認(rèn)為是一種具有一定能量和動(dòng)量的光子所組成。其傳播方式可視為在垂直于光的進(jìn)行方向上作周期性振動(dòng)的橫波。由于波動(dòng)概念的確立就相應(yīng)出現(xiàn)了如波長(zhǎng)、振動(dòng)頻率、振動(dòng)周期、光速、振幅、位相、折射、反射、干涉和偏化現(xiàn)象等術(shù)語(yǔ)。本書(shū)僅將與吸收性晶體有關(guān)的基本光學(xué)概念加以簡(jiǎn)介。光波運(yùn)動(dòng)的情況和振幅及位相的關(guān)系如圖5-1所示，用質(zhì)點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)明光波的形成情況，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)用與光路垂直的圓周直徑的相當(dāng)部位的投影表示。圓周的半徑為光波的振幅（它的平方與光強(qiáng)成正比）。光波中一給定質(zhì)點(diǎn)的位置，可用圓周參考質(zhì)點(diǎn)的位置表示。圖5-1中光波上的A點(diǎn)為原始位置的起點(diǎn)，B點(diǎn)相當(dāng)圓周上1到2的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的角度為30°，即該質(zhì)點(diǎn)在光波上的位相為30°，所以C點(diǎn)的位相為90°，D點(diǎn)的位相為180°，E點(diǎn)為270°。F點(diǎn)也即回至原始位置A點(diǎn)，故位相為0°。由于參考圓的一周即投影A至F點(diǎn)為波長(zhǎng)λ，因此光波的位相也可用波長(zhǎng)表示，如圖5-1中，C點(diǎn)位相是λ/4。若兩光波沿著平行的光路進(jìn)行，位相可以不同，如相差30°、45°、90°、180°等。圖5-2表示兩光波的位相差為90°的情況。
圖5-1表示光波的形式和垂直于光路的振動(dòng)情況及位相關(guān)系
（據(jù)卡梅倫，1961）
根據(jù)光的電磁理論，認(rèn)為可見(jiàn)光是電磁波中的一部分，在整個(gè)電磁波中僅占極其狹小的一段，是物質(zhì)原子、離子或分子的價(jià)電子發(fā)生振動(dòng)而形成的。圖5-3、5-4表示可見(jiàn)光在電磁波譜中所占的位置及可見(jiàn)光波中波長(zhǎng)與顏色的關(guān)系。
二、光的偏振
前面已初步討論了普通光的性質(zhì)。光是一種橫波，其振動(dòng)方向垂直于傳播方向。普通的自然光是由無(wú)數(shù)個(gè)光波所組成，每個(gè)光波都有它自己的振動(dòng)面，即在傳播光路中，包含在所有平面上振動(dòng)的光波。由于對(duì)礦物的觀測(cè)大多在偏光中進(jìn)行，所以必須了解光的偏振情況。偏光有三種主要形式，即平面偏光（直線偏光）、橢圓偏光和圓偏光。
圖5-2表示兩光波沿著平行光路進(jìn)行，但位相差90°
（據(jù)卡梅倫，1961）
圖5-3可見(jiàn)光在電磁波譜中的位置
圖5-4可見(jiàn)光波中波長(zhǎng)與顏色的關(guān)系
1.平面偏光
平面偏光（直線偏光）是嚴(yán)格局限于包含光路的一個(gè)平面內(nèi)振動(dòng)的偏光，這個(gè)面稱之為振動(dòng)面，因?yàn)閷?duì)著光線傳播方向看去其振動(dòng)的軌跡成一直線，所以也叫做直線偏光。
平面偏光可由幾種方法產(chǎn)生。它可由吸收作用和雙折射作用產(chǎn)生，也可由反射作用等產(chǎn)生。
在反光顯微鏡下觀察礦物時(shí)，是以平面偏光投射至礦物磨光面的。如果所觀測(cè)之礦物為一均質(zhì)礦物，當(dāng)以平面偏光垂直入射礦物光面，則反射后仍為一平面偏光且不發(fā)生振動(dòng)方向的改變。若觀測(cè)礦物為非均質(zhì)透明礦物，入射條件與上述相同，而且礦物截面主反射率方向處于非0°或90°及其整數(shù)倍的位置時(shí)，從礦物光面反射的光除振動(dòng)面有所旋轉(zhuǎn)外，仍為一平面偏光。
2.橢圓偏光和圓偏光
如果兩同頻率的平面偏光沿同一光路互相垂直振動(dòng)，所產(chǎn)生的合成光波可能有三種情況。
第一種情況：兩同頻率互相垂直的直線振動(dòng)，如相差為0°或180°及其整數(shù)倍時(shí)，也即合成為一平面偏光（圖5-5）。此為一特殊情況。
若兩光波的振幅相等時(shí)，則合成的直線（z）振動(dòng)將與其分波（x與y）振動(dòng)成45°。如果兩光波的振幅不等，如圖5-5所示，則合成的直線振動(dòng)方向?qū)⑵蛘穹^大的（x）一側(cè)。
第二種情況：若兩同頻率互相垂直的直線振動(dòng)，其相差不等于0°、180°或180°的整數(shù)倍時(shí)，即合成各種不同橢圓度的橢圓偏光。如圖5-6所示兩個(gè)互相垂直、同頻率不等振幅、相差為＋45°的直線振動(dòng)合成的左旋橢圓振動(dòng)，即光線質(zhì)點(diǎn)沿光路運(yùn)動(dòng)的軌跡則是一個(gè)橢圓。橢圓長(zhǎng)軸a的方位角是分波振幅及光波之間相差的函數(shù)。在兩分波振幅不等的情況下，橢圓長(zhǎng)軸a偏向于振幅較大的一側(cè)（圖5-6）。若相差為－45°的情況下其合成為一右旋橢圓振動(dòng)。以平面偏光入射時(shí)，由礦物光面反射后可能形成橢圓振動(dòng)（橢圓偏光）的條件有下述幾種：
圖5-5兩個(gè)互相垂直，相差為0°同頻率不等振幅的直線振動(dòng)x和y，合成直線振動(dòng)z
（據(jù)卡梅倫1961）
圖5-6兩個(gè)互相垂直、同頻率、不等振幅。相差為45°的直線振動(dòng)x和y合成為一左旋橢圓振動(dòng)z
（據(jù)卡梅倫，1961）
一為以平面偏光垂直入射于非均質(zhì)不透明礦物光面的反射；二為平面偏光斜射于非均質(zhì)不透明礦物光面的反射；三為在某種情況下，平面偏光斜射于強(qiáng)吸收性均質(zhì)礦物光面的反射后，也形成橢圓振動(dòng)。
第三種情況：當(dāng)兩光波的振幅相等、同頻率、其相差為90°或90°的奇數(shù)倍時(shí)，兩個(gè)互相垂直的直線振動(dòng)的疊加，則合成為一圓振動(dòng)，如圖5-7所示。此種圓振動(dòng)的產(chǎn)生是第二種情況中在特定條件（振幅相等、相差為±90°）下，出現(xiàn)的一種特殊情況。如果只有相差為±90°，而振幅不等兩互相垂直的直線振動(dòng)，合成時(shí)仍為一橢圓振動(dòng)，而不會(huì)出現(xiàn)圓振動(dòng)。
圖5-7兩個(gè)互相垂直、同頻率、等振幅、相差為±90°的直線振動(dòng)x和y的疊加，合成為一左旋圓周振動(dòng)
（據(jù)卡梅倫1961）
圓振動(dòng)（圓偏光）在礦物光面對(duì)入射平面偏光反射中，出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是不多的。如平面偏光垂直入射于斜方晶系不透明礦物垂直于圓偏光軸的切面，其反射光為圓偏光。
綜上所述不難理解，實(shí)際上圓偏光和直線偏光是橢圓偏光的極限狀況。
在以平面偏光入射的條件下，從礦物光面反射上來(lái)的是直線偏光、橢圓偏光還是圓偏光，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)分析鏡的方法即可加以鑒別。若為直線偏光，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)分析鏡，其振動(dòng)面與反射光波的振動(dòng)面垂直時(shí)，光線將完全消失，即出現(xiàn)“全消光”。如果為橢圓偏光，則轉(zhuǎn)動(dòng)分析鏡至任何位置，也不能出現(xiàn)真正完全消光的現(xiàn)象，而只有明暗之分，如分析鏡的振動(dòng)面垂直于振動(dòng)橢圓的長(zhǎng)軸（即//短軸）時(shí)，所見(jiàn)光線的強(qiáng)度最小（相對(duì)最暗），當(dāng)分析鏡的振動(dòng)面垂直于振動(dòng)橢圓的短軸（即//長(zhǎng)軸）時(shí)，所見(jiàn)光強(qiáng)最大（相對(duì)最亮）。若為圓偏光當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)分析鏡至任何位置時(shí)，其明暗程度不變。
