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

Определение угла погасания в кристалле с помощью

поляризационного

 микроскопа

Новокузнецк

1998

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Сибирский государственный индустриальный университет

Кафедра физики

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ПОГАСАНИЯ В КРИСТАЛЛЕ

С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО МИКРОСКОПА

Лабораторный практикум по курсу "Общая физика"

Новокузнецк 1998

УДК 535.513 (07)

В данной работе знакомятся с устройством поляризационного микроскопа и используют его для определения угла погасания в анизотропных кристаллах.

Работа предназначена для студентов всех специальностей.

Рецензент - кафедра высшей математики СибГИУ

(завкафедрой Лактионов С. А )

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

I.  Понятие плоскополяризованного света

Электромагнитная   волна,   излучаемая   отдельным источником (антенной, вибратором или атомом) является плоскополяризованный. В такой волне колебание вектора `Е со­вершается в одной плоскости. На рис. 1 плоскость колебания вектора Е совпада­ет с плоскостью ри­сунка. Свет от есте­ственных   и   ис­кусственных источ­ников   (например, лампы накаливания) таким свойством не

обладает. Это объясняется тем, что в любой момент времени из­лучает огромное число атомов источника света, первоначально находящихся в возбужденном состоянии. Каждый атом излучает независимо от других и поэтому излучение не согласовано ни по фазе ни по направлению колебаний светового вектора `Е в про­странстве. Это означает, что от источника света в любом направ­лении от отдельных атомов-излучателей распространяется мно­жество волн, плоскости колебания вектора `Е в которых распре­делены хаотически по отношению к этому направлению. Поэтому под естественным светом понимается свет, характеризующийся следующими свойствами:

1)  в каждый данный момент времени направление колеба­ний вектора `Е в различных точках луча различны;

2)  в каждой данной точке луча направления колебаний в разные моменты времени различны (быстро меняются со време­нем);

3) амплитуды колебаний, направленных в разные стороны в естественном луче, в среднем равны;

Следовательно,

если в какой-либо точке луча отложить во все стороны векторы, про­порциональные амплитудам колебаний по этим направлениям, то концы векторов будут расположены по окруж­ности (рис.2а). Если ам­плитуды колебаний по разным направлениям различны, свет называется поляризован­ным (рис.26). На рис.2 показаны общепринятые схематические изображения естественного, поляризованного и плоскополяризо­ванного света (рис.2в).

2. Получение плоскополяризованного света.

В некоторых специальных оптических исследованиях используется плоскополяризованный свет. Поэтому необходимо уметь преобразовывать естественный свет в плоскополяризован­ный. Один из способов его получения - пропускание естествен­ного света через анизотропные прозрачные кристаллы.

Анизотропными называются кристаллы, в которых наблюдается зависимость физических свойств от направления.

Это имеет место во всех кристаллах средних и низших сингоний без исключения. Во всех случаях, когда в кристалле по одному на­правлению идут две световые волны, скорости которых раз­личны, обе эти волны полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных    направлениях. Причиной является то, что свето­вой вектор `Е падающего пуча внутри кристалла разлагается по направлениям К<sub>1</sub> и К<sub>2</sub>. Это два особых взаимно перпендикулярных направления, перпендикуляр­ных лучу в любой его точке назы­ваются главными направлениями. Составляющие вектора `Е - вектора `Е<sub>1</sub> и `Е₂ расположены вдоль главных направлений К₁ и К₂ (Рис.3).

Следовательно, в анизотропных кристаллах световая вол­на распадается на два луча. Это явление называется двойным лучепреломлением. Скорости распространения света вдоль этих направлений не одинаковы (V₁¹V₂). Однако, в таких кристаллах есть направления, в которых скорости равны (V₁=V₂), т.е. в этом направлении падающий луч не раздваивается. Такое направле­ние называется оптической осью кристалла. Если оно в кристалле одно - кристалл называется одноосным (исландский шпат), если два - двуосным (слюда). Плоскость, проходящая через падающий луч и оптическую ось кристалла? называется плоскостью главного сечения кристалла. Выше сказано, что составляющие вектора `е<sub>1</sub> и `Е₂, колеблются во взаимно перпендикулярных направлениях. Одно из этих направлений всегда лежит в плоскости главного сечения кристалла (К₂), другой- перпендикулярно плоскости главного сечения (К₁). Свойства этих лучей внутри кристалла разные. Первый из них не подчиняется законам геометрической оптики и поэтому называется необыкновенным лучом ("е"), а второй - подчиняется им и называется обыкновенным ("о”) лучом.