晶体光学性质：平行偏光镜实验成果

平行偏光镜是上、下偏光的振动方向互相平行的显微镜，它与单偏光镜不同，除使用了下偏光镜外还使用了上偏光镜，也与正交偏光镜不同，虽然使用了上偏光镜，但上偏光的振动方向与PP平行而不是与PP正交，因此平行偏光镜是介于单偏光镜和正交偏光镜之间的装置。

图4-24　平行偏光镜间偏光矢量分解示意图

如图4-24所示，当来自下偏光镜、振幅为A0的偏光（简称A0偏光），进入光率体椭圆半径方向与PP斜交的矿片后，分解为振动方向互相垂直的两束偏光，其振幅分别为A1、A2（简称A1、A2偏光，其他类同）。它们与上偏光镜振动方向斜交，不能全部透出上偏光镜，其振动方向垂直AA（PP）的两个分量A11、A21（A11、A21偏光）不能透出上偏光镜，只有振动方向平行AA（PP）的两个分量A12、A22（A12、A22偏光）才能透出上偏光镜。A12、A22偏光像A11、A21偏光一样，是由A0偏光两度分解而来的两束偏光，具有相同的频率、固定的光程差和相同的振动方向，满足光波干涉的三个必备条件，必然会发生干涉。因此平行偏光镜下也像正交偏光镜下一样能看到矿片的干涉色。

平行偏光镜与正交偏光镜有以下几点区别：

（1）正交偏光镜不允许A12、A22偏光透出上偏光镜，而只允许A11、A21偏光透出上偏光镜，看到的是A11、A21偏光的干涉结果；而平行偏光镜正好相反，不允许A11、A21偏光透出上偏光镜，而只允许A12、A22偏光透出上偏光镜，看到的是A12、A22偏光的干涉结果。

（2）A11、A21偏光的初始位相具有半波长光程差的差值，而A12、A22偏光初始位相相同。因此，平行偏光显微镜下的干涉结果与正交偏光镜下的干涉结果不同：当光程差为半波长的偶数倍时，干涉结果合振动加强；当光程差为半波长的奇数倍时，干涉结果合振动减弱。平行偏光镜下看到的是正交偏光镜下干涉色的补色。(www.xing528.com)

（3）α为0°～90°之间任何角度，A11、A21始终是相等的，但A12、A22是不相等的：

当α=0°时，A12=0，A22=A0；当α=90°时，A12=A0，A22=0，即当矿片光率体椭圆半径分别平行PP（AA）时，只有平行PP振动的偏光透出矿片，该偏光振动方向与AA一致，能直接透出上偏光镜。此时不像正交偏光镜那样矿片显示消光，而是像单偏光镜那样，看到的是矿片的颜色。因此，当矿片光率体椭圆半径方向与PP一致时，矿片在平行偏光镜下显示单偏光镜下的晶体光学性质。

当0°＜α＜90°时，A12由0变到A0（最大），A22由A0变到0，其中当α=0°～15°时，A12很小（＜0.07A0），A22很大（＞0.93A0），合振动以A22起主导作用，因此偏光显微镜下主要看到的是A22偏光通过矿片显示的光学性质，即看到振动方向与矿片光率体椭圆半径N2（短半径）方向一致的偏光通过矿片时的性质，如颜色、突起等，看到的光学性质与单偏光镜下看到的相近。当α=75°～90°时，A12很大（＞0.93A0），A22很小（＜0.07A0），合振动以A12起主导作用，因此偏光显微镜下主要看到的是A12偏光通过矿片显示的光学性质，即看到的是偏光沿N1（长半径）方向振动时矿物的颜色、突起等，平行偏光镜类似于单偏光镜。

当α=45°时，A12=A22=0.5A0，此时的干涉作用显示最为明显，用白光源时，干涉色最为鲜艳，平行偏光镜下的晶体光学性质与正交偏光镜下的相似。当矿片偏离45°位时，干涉色变淡，至α=15°～18°时，干涉色基本不显，而显示单偏光镜下的晶体光学性质。上面已述，平行偏光镜下看到的是正交偏光镜下干涉色的补色。平行偏光镜下的干涉色级序为，第Ⅰ级：白、黄、橙、紫红、蓝绿、黄绿；第Ⅱ级：橙、橙红、紫红、蓝、绿；第Ⅲ级：橙、紫红……平行偏光镜下干涉色级序比正交偏光镜下干涉色级序起点提高两个色序。但无论α等于多少度，A12+A22=A0（sin2α+cos2α）=A0，合振动的振幅不变，旋转物台360°，矿片不仅不消光，而且亮度不变。

由于平行偏光镜下矿物的干涉色仅当矿片光率体椭圆半径方向与PP成45°交角时最为明显，矿物的颜色仅当矿片光率体椭圆半径方向与PP平行或垂直时最为明显，而且平行偏光镜下无消光位，也难以确定光率体椭圆半径与PP的交角，因此，一般情况下既不用平行偏光镜测定矿物的双折射率，也不用它测定矿物的折射率（突起等级）、颜色、多色性等。只有在以下两种情况下才用平行偏光镜进行观察。第一种情况是用以区分Ⅰ级白和高级白干涉色：Ⅰ级白干涉色在平行偏光镜下为Ⅰ级黄橙，并带点褐色调；而高级白仍为高级白。第二种情况是用以较准确测定正交偏光镜下干涉色较低（Ⅰ级低部）矿片的双折射率：正交偏交镜下Ⅰ级低部干涉色较为灰暗，难以定准色序；而在平行偏光镜下，干涉色较为鲜艳，容易定准色序。如正交偏光镜下为Ⅰ级铁灰（R=40nm），在平行偏光镜下则为Ⅰ级亮白；正交偏光镜下为Ⅰ级灰白（R=150nm），平行偏光镜下则为Ⅰ级黄白；正交偏光镜下为Ⅰ级亮白（R=250nm），平行偏光镜下则为Ⅰ级黄橙。此外，鉴定宝石制品的偏光仪，当上偏光振动方向与下偏光振动方向平行时，也相当于平行偏光镜。因宝石制品厚度大，在偏光仪下的干涉色为高级白，而高级白干涉色掩盖不住矿物的颜色，因此偏光仪可用于观测宝石制品的多色性，这将在第八章中加以介绍。