18

Министерство образования республики беларусь

Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Ф. Скорины»

физический факультет

кафедра оптики

Лабораторная работа

ИЗУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛООПТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО МИКРОСКОПА

Гомель 2004

ИЗУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛООПТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО МИКРОСКОПА

Цель работы: изучить устройство поляризационного микроскопа и методику работы на нем. определить осность и оптический знак кристаллов.

Приборы и принадлежности: поляризационный микроскоп, осветитель, набор объективов и окуляров, пластинки из слюды, гипса, кварца, топаза.

Литература:

1. Физический практикум. /Под.ред. В.И. Ивероновой. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1968.

2. Шубников А.В. Флинт Е.Е., Бокий Г.В. Основы кристаллографии. М.: 1940.

3. Борн М. Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970.

4. Маланхолин Н.М. Методы исследования оптических свойств кристаллов. М.: Наука, 1970.

Задание к лабораторной работе:

1. Изучить устройство поляризационного микроскопа. Подготовить микроскоп к работе. Провести центрировку объектива.

2. Определить осность выданных кристаллов, их оптический знак. Измерить угол между оптическими осями двуосных кристаллов.

Краткая теория.

Явления в односных кристаллах, вырезанных перпендикулярно оптической оси

В параллельных лучах кварцевая пластинка ведет себя как изотропное тело и не обнаруживает никаких признаков двупреломления. В сходящемся пучке света она дает весьма характерные фигуры интерференции. Если наблюдать явление в монохроматическом свете при скрещенных николях, то в микроскопе будет видна интерференционная фигура, состоящая из концентрических темных и светлых колец, пересеченных черным крестом, ветви которого сходятся в центре колец и расширяются к краям поля зрения. Расстояние между темными и свет­лыми кольцами для красного света больше, чем для синего. Поэтому при наблюдении в белом свете интерференционная картина представля­ет собой цветные кольца (изохроматические линии), окраска которых меняется при переходе от одного кольца к другому согласно шкале колец Ньютона. Пересекающие их черные кресты носят название изогир. Понятно, что фигура не меняется при вращении пластинки вокруг на­правления светового пучка. Если же повернуть один из николей на 90°, то изохроматические линии изменят окраску на дополнительную, а черный крест заменится белым. Чем толще пластинка и чем больше ве­личина двупреломления кристалла, тем ближе лежат изохроматические линии друг к другу.

Для определения оптического знака одноосного кристалла применяется кварцевая пластинка чувствительного оттенка. Как было уже указано, такая пластинка ориентирована так, что волна с направле­нием колебаний, параллельным длинной стороне пластинки имеет боль­шую скорость распространения, то есть меньший показатель преломле­ния (n_р). Кварцевая пластинка вводится в прорезь микроскопа и при этом наблюдается изменение окраски интерференционной картины: крест окрасится в лиловато-красный цвет, а в накрест лежащих квад­рантах появится синяя или красная (оранжевая) окраска. Оптический знак кристалла будет положительным, если в квадрантах, пересекае­мых длинной стороной пластинки, появится красная (оранжевая) окраска, а в двух других - синяя. При этом в сильно двупреломляющих или тол­стых пластинках окрашивание заметно в частях креста непосредственно около его центра.

Для объяснения этого правила приводится вспомнить два положения:

1. одноосный кристалл считается положительным, если скорость необыкновенной волны меньше скорости обыкновенной (n_e<n_o), и отрицательным, если скорость необыкновенной волны больше скорости обыкновенной (n_o< n_e);

2. колебания необыкновенной волны лежат в плоскости, проходя­ щей через направление падающей волны и оптическую ось, то есть по радиусам наблюдаемой фигуры интерференции. Очевидно, что направле­ние колебаний обыкновенной волны в любой точке фигуры будет совпадать с касательными к изохроматическим кольцам.

На основании этих общих положений легко понять, на чем основы­вается изложенное правило определения оптического знака одноосно­го кристалла.

При совпадении направления световых колебаний волны в кварцевой пластинке, обладающих наибольшей скоростью распространения с направлением световых колебаний в исследуемом кристалле, распро­страняющихся с наименьшей скоростью (n_g) происходит уменьшение разности хода волн, и соответствующие места в интерференционной фи­гуре окрашиваются в красный цвет. Как было указано, направление радиусов интерференционной фигуры соответствует колебаниям необыкновенной волны и, следовательно, скорость необыкновенной волны мень­ше скорости обыкновенной (n_o > n_e), а это и есть условие для оп­тически положительного кристалла. Для накрест лежащих квадрантов световые колебания, совпадающие с длинной стороны кварцевой пластин­ки, совпадают с направлением световых колебаний обыкновенной волны в исследуемой пластинке, и в данном случае будет наблюдаться увели­чение разности хода, а указанные квадранты окрасятся в синий цвет. В случае оптически отрицательного кристалла, очевидно, будет на­блюдаться обратное расположение интерференционных окрасок.