Явление в оптически двуосных кристаллах, вырезанных перпендикулярно к биссектрисе острого угла между оптическими осями

Если между скрещенными николями поместить пластинку двуосного кристалла, вырезанную перпендикулярно к биссектрисе острого угла между оптическими осями (или, как говорят, перпендикулярно к ост­рой биссектрисе), то в параллельных лучах освещенность поля зрения при вращении предметного столика будет изменяться, и лишь при четы­рех положениях пластинки поле зрения будет затемненным. Затемнение будет наблюдаться при условии, что плоскость главного сечения (пло­скость оптических осей) будет совпадать с главными сечениями поля­ризатора или анализатора.

При исследовании такой пластинки в сходящемся свете будут наблюдаться различные картины. Если наблюдать в сходящемся свете пла­стинку, поставленную так, что в параллельных лучах поле зрения за­темнено, то будет видна интерференционная фигура в виде серии темных и светлых лемнискат с двумя фокусами, расположенными в местах выхо­да оптических осей. В случае применения белого света лемнискаты бу­дут окрашены в цвета колец Ньютона. Лемнискаты пересекаются темным крестом с неравномерно широкими ветвями. В направлении плоскости оптических осей расположится более узкая ветвь, а в направлении, перпендикулярном к ней, более широкая и размытая. При вращении предметного столика ветви креста расходятся в две ветви гиперболы, расходящиеся на максимальное расстояние при положении главного сечения под углом 45° к главным сечениям николей. Вершины гиперболы совпада­ют с выходом оптических осей. В двуосных кристаллах в направлении острой биссектрисы распространяются сотовые волны с наименьшей и средней скоростью (n_g и n_m) в случае оптически отрицательных кри­сталлов и световые волны с наибольшей и средней скоростью (n_p и n_m) - в случае оптически положительных кристаллов.

Для определения оптического знака исследуемую пластинку ставят в положение наибольшей освещенности, а затем в прорезь вводят кварцевую пластинку чувствительного оттенка так, чтобы ветви гиперболы пересекались длинной ее стороной. Кристалл будет оптически положи­тельным, если пространство методу ветвями гиперболы окрасится в си­ний цвет. В этом случае в направлении острой биссектрисы распростра­няются световые волны с средней и минимальной скоростью. В случае оптически отрицательного кристалла будет наблюдаться красная или оранжевая окраска между ветвями гиперболы, так как в направлении острой биссектрисы будут распространяться световые волны со сред­ней и максимальной скоростями.

Следует отметить, что вне ветвей гиперболы появятся обратные окраски, так как в пространстве, расположенном вне ветвей гиперболы, направления колебаний волн сменяются ортогональными и там, где располагались колебания волны с максимальной скоростью, расположатся колебания волн с наименьшей скоростью и наоборот. Это объясняется тем, что пространство, расположенное вне вершин гиперболы является областью, относящейся к тупому углу между оптическими осями (обла­стью тупой биссектрисы) а там, естественно, условия оптического знака будут обратными условию для острой биссектрисы.

Пользуясь пластинкой, вырезанной перпендикулярно к острой биссектрисе, можно также определить величину угла оптических осей, ес­ли угол не очень велик и это допускает апертура объектива. Если известен угол оптических осей, измеренный в воздухе, то можно вычислить истинный угол между осями. Действительно, пусть лучи в кристалле, идущие по направлениям ОА и ОВ, совпадают с направлениями оптических осей (рис. ). Тогда угол АОВ, равный , и есть угол оптических осей. В воздухе лучи 0В и ОА пойдут по направлению В и А, и угол 2Е будет видимым в воздухе углом оптических осей. Половины этих углов связаны между собой законом преломления

Если известны Е и V, можно определить n_m.

Измерение видимого угла оптических осей 2Е приближенно можно сделать, измеряя окулярным способом расстояние между вершинами гиперболы на интерференционной фигуре, характерной для разреза, перпендикулярного к острой биссектрисе. Половина этого расстояния может быть принята равной синусу Е половины угла между оптическими осями, помноженному на некоторый коэффициент К, зависящий от оптической системы микроскопа.

Таким образом, для измерения угла оптических осей указанным методом необходимо иметь хотя бы одну эталонную пластинку из кристалла с известным углом между оптическими осями. Чаще всего применяется для этой цели пластинка белой слюды (мусковита), в которой легко измерить угол оптических осей более методом.

Измерения.

Помещая на предметный столик все имеющиеся кристаллические пластинки и устанавливая микроскоп на наблюдения в сходящемся свете, отделяют одноосные кристалла от двуосных.

Определяют оптический знак одноосных кристаллов при помощи кварцевой пластинки чувства тельного оттенка. Определяют оптический знак кристаллов с помощью кварцевой пластинки.

Определяют истинный и видимый углы оптических осей при помощи окулярного микрометра I эталонной пластинки. Для пересчета величины видимого угла между оптическими осями 2Е в величину 2V пользуются таблицей значений среднего показателя преломления ц_т для различных кристаллов. (Таблица выдается при выполнении задачи).

Описание прибора.

Поляризационный микроскоп состоит из штатива с тубусом, в котором помещаются верхний николь-анализатор и линза, применяемая для изучения поляризации в сходящемся световом пучке (линза Бертрана).

Анализатор и линза могут выдвигаться из прорезей тубуса. В тубусе имеется также и третья прорезь, служащая для введения компенсаторов в оптическую систему микроскопа. Тубус можно под­нимать и опускать при помощи винта и микрометрического винта. Перемещение последнего отсчи­тывается по делениям, нанесенным на головке винта. Обычно одно деление соответствует перемеще­нию тубуса на 0,002 - 0,003мм. Для удобства штатив можно ставить в любое наклонное положение, закрепляя его соответствующим винтом.

Объектив зажимается в пружинные щипцы, захватывающие своей вилкой шпенек на кольце объ­ектива. В этом же кольце имеется приспособление для центрировки объектива.

Объектив считается центрированным, если пересечение креста окуляра совпадают с осью вращения предметного столика, на котором помещается исследуемый объект.

Столик может вращаться вокруг своей оси, причем угол поворота отсчитывается по лимбу на краю столика: достаточная точность отсчета 1°. Сбоку находится винт, позволяющий закреплять предметный столик неподвижно. На столике находятся лапки, служащие для закрепления объекта на столике.

Осветительная система, находящаяся под столиком, состоит из зеркальца (плоского и вогнутого), поляризатора с осветительной линзой, диафрагмой и конденсатором, который применяется для полу­чения сходящегося пучка света. Включение и выключение конденсатора производится при помощи рычажка. Дополнительный конденсатор, прилагаемый к микроскопу (апертура 0,5 - 1,3), применяется с объективами, дающими большие увеличения. Вся осветительная система опускается при помо­щи бокового винта и этим же винтом может быть отведена в сторону.

Кварцевая пластинка чувствительного оттенка вырезается таким образом, чтобы волна, направле­ние колебаний которой параллельно длинной стороне пластинки, имела показатель преломления n_p, а волна с направлением вдоль короткой стороны пластинки - показатель преломления n_e. Создаваемая такой пластинкой разность хода равняется 555 мкм. Эта разность хода дает при скрещенных николях лиловато-красную окраску, соответствующую границе первого и второго порядков (чувствительный оттенок), при этой окраске небольшое увеличение разности хода (на 50 ммк) дает уже синий цвет, а уменьшение оранжево-красный.