광학적 광물학 광축(optic axis): 결정에서의 광축: 광학시스템(예, 렌즈, 현미경)에서 회전대칭이 있는 가상의 선

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1 광학적 광물학 광축(optic axis): 결정에서의 광축: 광학시스템(예, 렌즈, 현미경)에서 회전대칭이 있는 가상의 선
광학시스템을 통해 빛이 진행하는 경로 결정에서의 광축: 복굴절현상을 보이지 않으며 결정을 통과하는 빛의 경로 등방성 광물을 통과할 때처럼 빛이 진행하는 경로

2 이방성(일축성/이축성) 광물 간섭현상(Interference): 파(wave)가 겹쳐져서(간섭) 진폭이 커지거나 작아지는 현상
Retardation(위상차; Δ): 속도 차이에 의해 파장이 다른 2빛이 물질을 통과해 나올 때 생기는 빛의 이동 거리의 차이: C = νλ (속도와 파장은 비례) 동위상(in phase): 2빛의 마루(crest)와 마루, 골(trough)과 골이 일치하는 경우; Δ = iλ (i = 정수); 합성파는 증폭 역위상(out of phase): 2빛의 마루(crest)와 골(trough)이 일치하는 경우; Δ = (i + ½)λ; 합성파는 소멸 중간: 합성파의 마루와 골은 2빛의 마루와 골과 일치하지 않는다.

3 이방성(일축성/이축성) 광물 빛의 속도와 굴절률: n = C/Cm ⇒ n↑, Cm ↓
Slow ray (느린 빛): 정상광선, n = 1.658, V = 1.81 x 1010 m/sec) Fast ray (빠른 빛): 비정상광선, n = 1.486, V = 2.02 x 1010 m/sec 위상차(Retardation): 이방성 광물을 빛이 통과해 나올 때 느린 빛이 빠른 빛 보다 뒤처져 나오는 현상: Δ = t(ω – ε) (t: 결정의 두께) ⇒ 복굴절 합성파는 2빛의 벡터합이다. 광축을 따라서는 복굴절 = 0 Length fast(-): 빠른 빛의 진동방향이 기다란 형태의 결정의 길이 방향과 일치할 때 Length slow(+): 느린 빛의 진동방향이 기다란 형태의 결정의 길이 방향과 일치할 때

4 이방성(일축성/이축성) 광물 복굴절과 결정구조 이방성 광물에서 화학결합의 강도와 원자의 밀도는 방향에 따라 다르다.
이방성 광물에서 원자주위의 전자는 다른 공명주파수로 진동한다. 이방성 광물에서 최대와 최소 전자장의 강도가 90°로 배열되어 있다.

5 이방성(일축성/이축성) 광물 간섭(Interference)색: 직교니콜하에서 복굴절현상에 의해 등방성 광물이 보이는 색깔
결정을 통과한 다양한 파장의 빛 중 일부가 상부니콜을 통하면서 보이는 색깔

6 이방성(일축성/이축성) 광물 하부니콜을 통과해 나올 때: E↔W로 진동하는 편광
이방성 광물을 통과하면서: 수직으로 진동하는 정상광선(No)와 비정상광선(Ne)으로 분리 이방성 광물을 통과해 나올 때: 두 광선의 벡터 합을 나타내는 합성파(R) 형성 위상차와 합성파 벡터의 방향: 동위상일 때와 역위상일 때 다르다.

7 이방성(일축성/이축성) 광물 이방성광물을 통과해 나올 때의 합성파 벡터
동위상(Δ = iλ)인 경우: λfast = 1λ, λslow = 2λ 결정 윗면에서의 Wfast 파장의 마루와 Wslow 파장의 마루는 결정에 들어와 빛이 갈라질 때와 동일한 방향에 놓인다. Wfast와 Wslow의 합성파 벡터는 하부니콜을 통과한 편광과 동일한 방향(즉 상부니콜에 수직인 방향)이기 때문에 상부니콜을 통과하지 못한다. 역위상(Δ = (i + ½)λ)인 경우: : λfast = 1½λ λslow = 2λ 결정 윗면에서의 Wslow 파장의 마루는 결정 아랫면에서와 동일하다. 결정을 통과해 나갈 때 결정의 윗면에는 Wfast 파장의 마루가 놓이지 않고 파장의 골로부터 진폭의 일부분에 해당하는 파장이 놓이게 된다. 동위상일 때와 반대방향의 파장(SW 방향)이 결정 윗면에 놓이게 된다. Wfast와 Wslow의 합성파 벡터는 하부니콜을 통과한 편광에 수직인 방향(즉 상부니콜에 평행한 방향)이기 때문에 상부니콜을 통과한다.

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9 이방성(일축성/이축성) 광물

10 이방성(일축성/이축성) 광물 상부니콜을 통과하는 빛의 양(L): 입사광(들어오는 빛)의 파장과 위상차에 의해 결정된다: L = 100 sin2 [(Δ/λ)180°] 결정두께와 간섭색: 결정의 두께에 따라 파장의 길이가 달라지고 이에 따라 상부니콜에 도달하는 합성파의 벡터방향이 달라진다.

11 이방성(일축성/이축성) 광물 다양한 파장을 가진 빛(polychromatic light)의 경우 상부니콜이 통과시키는 빛의 양이 파장에 따라 다르기 때문에 다양한 간섭색을 일으킨다. 예) 550nm의 위상차를 보이는 결정의 경우: 간섭색은 reddish violet (1st order red) 간섭색표: X-축(위상차; Δ), Y-축(결정의 두께), 대각선(복굴절값), 550 nm 마다의 위상차를 order로 구분 박편의 두께: 0.03mm, 간섭색을 알면 복굴절값을 구할 수 있고 광물을 동정할 수 있다. 파장(nm) 위상차 % 400 550/400 = 1 3/8λ 85 440 550/440 = 1 1/4λ 50 488.9 550/488.9 = 1 1/8λ 15 550 550/550 = 1λ 628.6 550/628.6 = 7/8λ 733.3 550/733.3 = 3/4λ 실선(550 nm); 점선(800 nm)

12 이방성(일축성/이축성) 광물 Michel Levy Chart

13 이방성(일축성/이축성) 광물 소광(Extinction): 직교니콜 하에서 광물결정의 우선방향(privileged direction)이 하부니콜과 평행하면 상부니콜을 통과하는 빛이 전혀 없기 때문에 일어난다. 우선방향(Privileged direction): 정상광선과 비정상광선이 진동하는 방향 등방성 광물(360° 소광); 이방성 광물(90° 마다 소광) 소광각(Extinction angle; EA): 광물의 선형 구조(쪼개짐(흑운모, 각섬석, 사장석등) 혹은 결정형)과 광물이 소광되는 방향 사이의 각도 소광각은 광물입자의 방향에 따라 다르다.

14 이방성(일축성/이축성) 광물 소광의 종류 평행(Parallel)소광: 선형구조가 현미경내 십자선과 일치할 때 소광을 보이는 경우(EA=0°); 예) 사방휘석(orthopyroxene), 흑운모 경사(Inclined)소광: 선형구조가 십자선과 각도를 보일 때 소광되는 경우(EA > 0°); 예) 단사휘석(clinopyroxene) 대칭(Symmetrical)소광: 2개의 선형구조를 보이는 경우 소광각이 각 선형구조에 대해 동일한 경우(EA1 = EA2); 예) 각섬석, 방해석 선형구조가 없는 경우: 소광각을 정할 수 없다; 예) 석영, 감람석 파동(Undulatory)소광: 변형에 의해 결정 입자의 결정축의 방향이 바뀌어 회전방향에 따라 소광이 점진적으로 일어나는 경우

15 이방성(일축성/이축성) 광물

16 이방성(일축성/이축성) 광물 다색성(Pleochroism): 개방니콜 하에서 광물을 통과하는 빛 중 광물이 흡수하는 파장의 빛이 다르기 때문에 다양한 색깔을 띠는 현상. 일방성 광물은 다색성을 보이지 않음. 결정의 방향에 따라 다르게 나타난다. 일축성 광물: 광축 ⊥ 스테이지: 하나의 색깔; 광축 ∥ 스테이지: 2개의 색깔(이색성, dichroic) 예): 전기석(Tourmaline): ω = dark green, ε = pale green 이축성 광물: 3개의 색깔(pleochroic), 예) 흑운모: orange, brown, dark green 간섭색, 무색광물, 유색광물, 투명광물

17 이방성(일축성/이축성) 광물 A: Piemontite B: Glaucophane C: Sapphirine D: Viridine
E: Thulite F: Yoderite G: Chloritoid H: Biotite I: Biotite J: Lazulite K: Augite L: Epidote

18 이방성(일축성/이축성) 광물 쌍정(Twinning): 2개 이상의 결정이 함께 자라는 경우 결정의 경계에서 광학적 성질이 바뀐다. 예) 정장석(Orthoclase): 칼스바드(Carlsbad), 조장석(Albite): 집편(Polysynthetic), 미사장석(Microcline): 격자(Grid) Zoning: 고용체 반응이 완전하지 않을 경우 광물의 화학조성이 결정입자 내에서 바뀌게 되어 편광현미경 하에서 나타나는 간섭색의 변화.

19 이방성(일축성/이축성) 광물 (Sing of elongation)

20 이방성(일축성/이축성) 광물 Determination of optic sign

21 이방성(일축성/이축성) 광물 Orthoscopic vs. Conoscopic Bertrand lens와 Condensor

22 이방성(일축성/이축성) 광물 Privileged directions(우선방향): 정상광선(o-ray)과 비정상광선(e-ray)이 진동하는 방향으로 두 광선의 우선방향은 수직을 이룬다. 2V