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出版者:

作者:Nesse, William D.

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页数:362

译者:

出版时间:2003-8

价格:$ 145.77

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isbn号码:9780195149104

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• Optical Mineralogy
• Mineralogy
• Petrology
• Geology
• Optics
• Microscopy
• Earth Science
• Rocks
• Minerals
• Polarized Light Microscopy

晶体光学导论：深入探索矿物世界的结构与性质 本书旨在为地质学、矿物学、材料科学等领域的学生和专业人士提供一个全面而深入的晶体光学基础知识体系。 本书的叙述方式注重理论与实践的结合，强调对矿物光学性质背后微观结构原理的理解，而非仅仅停留在现象的描述。我们力求构建一座坚实的桥梁，连接微观的晶体结构与宏观可见的光学响应，使用清晰、严谨的数学物理语言阐述复杂的概念。 --- 第一部分：晶体光学基础与光的传播 本部分奠定了理解矿物光学性质所必需的物理学基础，重点关注光波在各向异性介质中的传播规律。 第一章：电磁波理论与晶体介质 本章首先回顾经典电磁波理论，特别是光的波动性质，包括其电场和磁场的振荡特性。随后，引入介电常数张量和电极化强度，解释各向异性介质（如晶体）与各向同性介质在介电响应上的根本区别。详细阐述了在晶体中传播的横波性质，并引入介电张量 $mathbf{D} = oldsymbol{epsilon} mathbf{E}$ 作为描述这种复杂关系的数学工具。 第二章：光的传播方程与折射率椭球 本章的核心在于推导光波在晶体内部的传播方程，并引入折射率椭球（Index Ellipsoid）这一至关重要的几何模型。 基本方程推导： 从麦克斯韦方程组出发，推导出平面波在晶体中传播时的色散关系。 折射率椭球的构建与意义： 详细介绍如何利用晶体对称性来简化介电张量，并构建出主轴为晶体光轴的椭球方程。阐释了椭球的三个主截面（$a, b, c$）分别对应于晶体中三个相互垂直的主折射率（Principal Refractive Indices: $n_{alpha}, n_{eta}, n_{gamma}$）。 法向波与射线： 区分了传播方向（波线方向）与能量传递方向（射线方向）。解释了为什么在各向异性介质中，光线（射线）的传播方向不一定垂直于波阵面（法线），并引入Huygens-Fresnel原理在晶体中的修正，为后续双折射现象的解释做铺垫。 第三章：单轴晶体与双轴晶体 基于折射率椭球的几何特性，本章对晶体进行分类并分析其特定的光学行为。 单轴晶体（Uniaxial Crystals）： 讨论具有一个光轴的晶体（如四方晶系和六方晶系）。介绍寻常光（Ordinary Ray, o-ray） 和非寻常光（Extraordinary Ray, e-ray） 的概念，并定义光轴方向上的特殊折射率 $n_o$ 和 $n_e$。详细解释了各向异性晶体中双折射（Birefringence） 的定量描述，即 $Delta n = |n_e - n_o|$。 双轴晶体（Biaxial Crystals）： 讨论具有两个光轴的晶体（斜方、单斜、三斜晶系）。引入光轴面（Plane of the Optic Axes）的概念，并定义三个主折射率 $n_{alpha} < n_{eta} < n_{gamma}$。引入光轴角 $2V$，作为描述晶体光轴分散程度的关键参数，并给出 $2V$ 与主折射率之间的数学关系。 --- 第二部分：偏振光与干涉现象 本部分将重点讨论如何利用偏振光观察和量化矿物的光学性质，这是偏光显微镜操作的核心原理。 第四章：光的偏振态与光学活性 本章系统阐述了偏振光的产生、描述和转化，这是分析各向异性矿物时使用的工具光。 偏振光的描述： 从线偏振光、圆偏振光到椭圆偏振光，介绍琼斯矩阵和斯托克斯参量在描述偏振态中的应用（限于基础介绍）。 偏振器的原理： 详细分析偏振片（起偏器）和检偏器的工作原理，以及它们如何选择性地通过或阻挡特定方向振动的光波。 矿物的自然偏振： 简要介绍矿物本身的旋光性（如石英），尽管在常规岩石薄片分析中不常见，但作为光学活性介质的补充被纳入讨论。 第五章：矿物在偏光下的显性光学特征 本章直接将前面介绍的光学理论应用于薄片矿物，解释在偏光显微镜下观察到的核心现象。 正交偏光照明（Crossed Polarization）： 解释当起偏器和检偏器相互垂直时，透明各向异性矿物为何呈亮色（干涉色），而各向同性矿物（如石榴石、玻璃）保持全黑（消光）。 双折射与干涉色的产生： 详细解释双折射晶体如何将一束线偏振光分解为两束相互垂直的、速度不同的光波（o-ray 和 e-ray）。重点阐述这两束光波在穿过矿物后产生的相位差 $delta$： $$delta = d cdot (n_e - n_o) cdot 10^3 ext{ nm}$$ 其中 $d$ 为矿物厚度（标准为 $30 mu ext{m}$）。 爱尔曼图（Michel-Lévy Interference Color Chart）： 详细解析干涉色的物理成因，解释波长相长干涉和相消干涉的条件。系统介绍如何使用爱尔曼图来根据观察到的干涉色和矿物厚度估算其最大双折射率 $Delta n_{ ext{max}}$。 第六章：消光现象与晶体定向 本章关注矿物在旋转载物台时，光线如何被阻挡，从而确定矿物的晶体学定向。 平行与斜消光： 解释当矿物的某一晶体学方向（如晶面或光轴）与偏光器振动方向平行时发生平行消光，以及当夹角不为零时发生斜消光。记录消光角（Extinction Angle）是矿物鉴定的关键步骤。 均光（Extinction）的意义： 当矿物处于消光位置时，意味着通过矿物的两束光波在偏光器的振动方向上没有净振动分量。讨论不同晶系矿物消光的规律。 干涉色变化分析： 随着载物台的旋转，矿物内部的有效折射率在最大值和最小值之间周期性变化，导致干涉色周期性地亮起和变暗。 --- 第三部分：补偿器技术与确定光性 本部分是高级晶体光学分析的基石，介绍如何使用附加光学元件来精确测量和确定矿物的光轴类型和方位。 第七章：补偿器原理与应用 补偿器（Compensators）是用于精确测量相位差的附加元件，通常置于检偏器下方。 波片（Wave Plates）/四分之一波片（Quarter-Wave Plate）： 详细阐述波片的制造原理（通常是通过机械应力诱导的各向异性或利用天然双折射率差异制造的）。重点分析 $lambda/4$ 波片如何将椭圆偏振光转化为线偏振光，以及如何利用它来确定 o-ray 和 e-ray 的相对振动方向。 雪莱石膏板（Gypsum Plate, $lambda$ Plate）： 介绍石膏板如何产生一个固定的、已知最大双折射率的相位差（通常对应于I级或II级红色）。阐述如何利用石膏板来“拉伸”或“消除”矿物本身的干涉色，从而确定光线是e-ray还是o-ray。 第八章：确定单轴晶体的光轴方向与光性 本章是单轴晶体识别的综合应用。 确定光轴方向： 利用雪莱石膏板进行“加色”或“减色”实验。例如，当矿物处于一级红（约 550 nm）时，插入石膏板平行于光线的 e-ray 振动方向（如若发现干涉色变为二级蓝，则说明该方向为e-ray）。 确定光性（正负）： 通过判断矿物在旋转时，哪个主折射率 $n_e$ 或 $n_o$ 是最大值。例如，若插入石膏板后，在某一方向上干涉色向高阶移动（变亮），则说明此时晶体的有效折射率增加了，从而可以判断该光轴是正光性（$n_e > n_o$）还是负光性（$n_e < n_o$）。 第九章：确定双轴晶体光轴的方位与光轴角 $2V$ 本章是晶体光学分析中最复杂的部分，涉及三维空间中光轴角的精确测量。 双轴晶体的干涉花样： 讨论当使用聚光镜和高倍物镜观察正交偏光下的双轴晶体时，在焦平面上形成的双轴晶体干涉花样（Melatopes, Isogyres, and Melatopes）。 测量 $2V$ 的原理： 详细介绍通过测量等光线（Isogyres，即干涉花样的十字交叉线）相对于特定晶体学方向的角度变化，来推算光轴角 $2V$ 的方法。常用的技术包括使用刻度补偿器或特定的双折射测量装置。 光轴角意义： 解释 $2V$ 值如何直接反映晶体内部离子排列的几何形态，例如，小的 $2V$ 值意味着晶体对称性接近单轴晶体。 --- 第四部分：反射光学与特定材料分析 本部分超越了常规的透射薄片分析，扩展到矿物表面反射特性和材料科学中的应用。 第十章：反射光学与反射偏光 本章介绍光线在不透明矿物表面反射时的行为，这在金属矿物学中至关重要。 反射定律与菲涅尔方程（简化）： 简要介绍反射光束的性质，以及电磁波在界面反射时的改变，重点讨论反射率与入射角的关系。 反射率（Reflectivity, R）与颜色： 讨论矿物表面反射率的测量方法。不同矿物在可见光波段（400-700 nm）的反射率差异是区分它们颜色的基础。 反射偏光下的性质： 介绍反射矿物在正交偏光下表现出的现象，包括各向同性矿物（全黑）和各向异性矿物（具不同程度的“动衬”或“光性”）。 第十一章：矿物鉴定中的光学数据整合 本章指导读者如何将实验测得的光学参数（如 $Delta n$、消光角、光性符号、2V 角）整合到完整的矿物鉴定流程中。 数据库的运用： 强调如何使用成熟的光学矿物学手册和数据库，将测量值与已知标准进行比对。 结构与光性的关联： 再次强调对称性如何控制光学性质，例如，哪些晶系必然是单轴或双轴，以及哪些晶系可能表现出光轴角 $2V$ 的分散性。 全书贯穿严谨的物理学原理和详尽的实验操作指导，旨在培养读者从光学现象中推导出矿物晶体结构及其物理特性的能力。

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这本书的名字吸引了我，因为我对岩石和矿物一直有着浓厚的兴趣，尤其是那种通过光线互动产生的奇妙现象。虽然我还没有深入阅读，但我的第一印象是，这本书似乎不仅仅是罗列各种矿物的图片和名称，而是试图去解释“为什么”它们会以特定的方式与光发生反应。我期待书中能有清晰的图示和深入浅出的讲解，来解释双折射、消光位、榍射等概念，这些都是我一直想弄明白的。我希望它能够引导我从一个纯粹的欣赏者，变成一个能够理解矿物光学特性的初学者，甚至能够初步辨识一些常见的矿物。这本书的出现，对我来说就像是打开了一扇通往更深层科学理解的大门，我对它充满了探索的动力。

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我最近对地质学和材料科学产生了浓厚的兴趣，尤其是那些能够被肉眼观察但其内部结构又蕴含着丰富信息的物质。这本书的名字《Introduction to Optical Mineralogy》恰好触动了我对此类知识的探索欲。尽管我还没有来得及细读，但仅仅是随意翻阅，就能感受到它并非一本简单的图册，而是对矿物光学性质这一专业领域进行的系统性介绍。我尤其关注它是否能够清晰地解释诸如双折射、干涉色、光轴等概念，以及这些光学现象是如何与矿物的晶体结构和化学成分相联系的。这本书的出现，无疑为我提供了一个系统学习光学矿物学的绝佳平台。我期待它能够帮助我建立起一个坚实的基础，让我能够理解为何不同的矿物在显微镜下会呈现出如此丰富多彩的光学表现，以及这些表现背后所代表的物理原理。

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作为一个在相关领域有过初步接触的读者，我一直在寻找一本能够帮助我深入理解光学矿物学原理，并将其应用于实际分析的书籍。这本书《Introduction to Optical Mineralogy》正好填补了我在这方面的需求。我还没有时间去逐字逐句地研读，但仅仅从它的标题以及我对其内容的一瞥，我就能预感到它将是一本非常有价值的参考书。我特别想了解书中对矿物光学常数（如折射率）的讲解是否清晰，以及如何通过这些常数来区分和鉴定不同的矿物。另外，书中对不同类型矿物（如硅酸盐、碳酸盐等）的光学特性的归纳和总结，也正是我所需要的。我希望这本书能够提供一些实用的鉴定方法和案例，帮助我将理论知识转化为实际操作技能，从而更好地进行矿物学研究。

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这本书的封面设计倒是挺吸引人的，简洁大方，带着一丝神秘感，光影的交错仿佛预示着书中内容的深度。我本来是对矿物学抱有一点点好奇，但又担心过于学术化而望而却步。拿到这本书之后，我翻开第一页，字体大小和行间距都十分舒适，阅读起来不会有压迫感。尽管我还没有深入研究书中具体的章节，但从目录的编排和一些引言的字里行间，我能感受到作者在力求用一种相对易懂的方式来介绍这个复杂而迷人的领域。例如，他似乎没有直接上来就抛出一堆晦涩的专业术语，而是循序渐进地引导读者进入矿物光学分析的世界。我尤其期待书中关于如何通过显微镜观察矿物光学特性的部分，这对于初学者来说，应该是最直观也最重要的一环。我对这本书抱有很大的期望，希望它能成为我认识矿物世界的一扇窗口，让我从“看得见”的表象，逐渐深入到“看得懂”的本质。

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我最近在为一个研究项目收集资料，对矿物学的相关知识有了一定的需求，尤其是关于如何利用光学方法来研究矿物。这本书《Introduction to Optical Mineralogy》的名字非常契合我的研究方向。尽管我还没有仔细阅读，但从我匆匆翻阅的片段中，我能感觉到它是一本严谨而富有条理的学术著作。我尤其关注书中对偏光显微镜的操作方法和原理的阐述，以及如何通过观察矿物的显微特征来推断其物理和化学性质。我期待书中能够提供详细的图例和分析步骤，以帮助我更有效地进行实验设计和数据解读。对于任何希望深入了解矿物光学特性的研究者来说，这本书无疑是一个宝贵的资源。

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