Определение угла погасания в кристалле с помощью поляризационного микроскопа: Лабораторный практикум по курсу «Общая физика», страница 2

На поляризации света при двойном лучепреломлении основано устройство поляризатора - призмы Николя. Она изго­товлена так, что пропускает лишь один необыкновенный луч "е", а обыкновенный луч "о", за счет полного внутреннего отра­жения, отводится в сторону. В настоящее время широко исполь­зуются новые поляризаторы - поляроиды. Они представляют со­бой тонкие поливиниловые пленки, которые содержат множество одинаково ориентированных и тесно прилегающих друг к другу кристалликов специальных соединений (йод с сернокислым хи­нином). Такие пленки полностью поглощают "е" лучи, а для "о" лучей являются прозрачными.

В кристаллооптических исследованиях используются две призмы Николя (или два поляроида). Они устанавливаются друг за другом в направлении  распространения луча. В первой призме (поляризаторе) естественный луч преобразуется в плоско поляризованный, а во второй  (анализаторе) - анализируется направление колебаний

вектора Е в поляризованном  луче.

 Наглядно это можно показать на схеме. На рис. 4 свет идет перпендикулярно плоскости чертежа.

ОР- направление колебаний вектора `Е в луче, вышедшем из по­ляризатора. Ор- амплитуда его колебаний; ОА и оа₁ - направле­ния, по которым могут совершаться световые колебания во вто­ром Николе (анализаторе). Условимся, что ОА - направление ко­лебаний того луча, который проходит через анализатор, а оа₁ -колебания того луча, который через него не проходит.

В общем случае, луч, вышедший из поляризатора с ампли­тудой Ор, разложится в анализаторе на два луча с амплитудами Оа и Оа₁. Луч с колебаниями Оа₁ уничтожится в анализаторе, а луч с колебаниями Оа=Ор×Соsa выйдет из анализатора. Отсюда вытекает, что при параллельных николях, луч, прошедший через анализатор не изменяет своих колебаний и интенсивности. При скрещенных николях, когда направления колебаний, пропус­каемые обоими николями, взаимно перпендикулярны (ОА^ОР), амплитуда Оа равна нулю.

3. Кристалл между скрещенными поляроидами

Поместим между скрещенными николями (поляроидами) двупреломляющий кристалл. На рис.5 свет идет перпендикуляр­но плоскости рисунка. ОР - направление колебаний вектора `Е в луче, прошедшем через поляризатор, ОА - направление колеба­ний вектора `Е в луче, вышедшем из анализатора. В кристалле колебания светового вектора `Е возможны вдоль взаимно пер­пендикулярных направле­ний OI и ОII.

Вышедшая из по­ляризатора волна, ампли­туда которой равна Ор, разобьется в кристалле на две волны.

(Амплитуда Ор разложится по правилу параллелограмма на две составляющие по направ­лениям OI и ОII).

Амплитуда ОМ = Ор Соsa,

ОМ = Ор Sina.

Обе волны идут перпендикулярно к плоскости чертежа (Рис.5). Дойдя до анализатора, каждая из них раз­ложится на две волны с направлениями колебаний ОА и ОР (ОА - направление колебаний вектора `Е волны, которая может пройти через анализатор, ОР - направление колебаний вектора Е волны, которая не проходит через анализатор).

Амплитуда ОМ разложится на Ом = ОМ • Sina и Ом₁ = ОМ· Cosa . ON разложиться на On = ON • Cosa и Оn₁ = ON • Sina. Колебания Ом₁ и Оn₁ совершаются по направлению ОР, принад­лежат волнам, которые будут поглощены анализатором. Ампли­туды Ом и On равны между собой.

Ом = ОМ • Sina = Ор •Sina· Cosa

On = ON · Cosa = Op •Sina • Cosa

Волны с колебаниями Ом и On пройдут через анализатор, вследствие чего кристалл будет виден и окрашен. Часть поля зре­ния, не занятая кристаллом, будет казаться темной.

Это явление позволяет легко отличать кристаллы низших и средних сингоний от тел оптически изотропных. Они не изменяют направления колебаний вектора Е проходящих лучей и кажутся темными.

Если поворачивать кристалл вокруг падающего луча, то в некоторый момент OI совпадет с ОР, а ОII с ОА. При этом a = О, а значит Sina = 0 и Ом и On обращаются в ноль. Следовательно, если колебания в кристалле совпадают с направлениями плос­костей колебаний скрещенных николей, свет через эту систему не проходит и кристалл кажется темным. При полном обороте кри­сталла совпадение колебаний в нем и в николях, а, следовательно, и затемнение (погасание) происходит четыре раза, повторяясь через каждые 90°.

Если известны направления колебаний в николях ОР и ОА, легко определить направление колебаний в исследуемом кристалле. Для этого надо только повернуть кристалл до погаса­ния. В момент погасания колебания в кристалле расположатся параллельно ОА и ОР.

4. Экспериментальная часть