Экспериментальное определение оптических характеристик твердых тел, страница 2

Каждый метод из группы названных имеет еще свои модификации и различное аппаратурное оснащение, подробное рассмотрение которых выходит за рамки данной книги.

Рис.3.12.1. К определению показателя преломления и дисперсии вещества с помощью гониометра

В качестве примера рассмотрим давно и успешно применяемый метод наименьшего отклонения луча призмой (рис.3.12.1). С помощью точного гониометра, например ГС-5 или ГС-2, определяют величины углов q - отклоняющего угла призмы, и d - угла, на который отклонится луч SS' от первоначального направления SN. Тогда, полагая  n₁ = n₃ = 1 для воздуха, можно геометрически получить

(3.12.4)

В качестве источника света обычно используют газовые источники с линейчатым спектром. Образец-призма должен иметь угол q~50...70^o (зависит от величины n: чем больше n, тем меньше q), основание призмы должно быть не менее 25 мм, грани должны быть тщательно отполированы.

Столь же высокие требования предъявляются к образцам, применяемым при использовании рефрактометров: образец должен представлять собой правильный прямоугольный параллелепипед или прямоугольную призму размером не менее 3х3х3 мм, две взаимно перпендикулярные грани которой должны быть отполированы.

Если измерить угол g  (рис.3.12.2) на выходе из вспомогательной призмы рефрактометра, то, зная ее показатель преломления n₂, можно найти показатель преломления n₁ образца

                                                             (3.12.5)

при этом углы, указанные на рис.3.12.2, должны быть равны (90^o± 3¢¢), а между образцом и призмой рефрактометра может находиться иммерсионная жидкость с показателем преломления n₁<n_ж<n₂.

Рис. 3.12.2  К определению показателя преломления и дисперсии вещества с помощью рефрактометра

          Эти методы находят широкое распространение как в лабораторной, так и в цеховой практике.

3.12.2. Определение механических напряжений в  оптически прозрачных кристаллах и стеклах

Измерение разности показателей преломления, возникающей вследствие нарушения изотропии кристаллов и стекол под действием внешних или остаточных внутренних напряжений, позволяет судить о величине, распределении и динамике изменений механических напряжений.

Например, возникновение двойного лучепреломления сопровождает технологическую операцию - закалку стекла, значительные напряжения могут возникнуть при быстром охлаждении керамики и стекла. Двойное лучепреломление – разделение световых лучей при прохождении через анизотропную среду - обусловлено зависимостью показателя преломления среды от направления колебаний электрического вектора волны. Это явление свойственно многим кристаллам с несимметричными решетками, но может быть вызвано искусственно и в изотропной среде, например, наложением внешнего поля - электрического (эффект Керра), магнитного (эффект Коттона-Мутона, Фарадея), а также под действием поля упругих сил (фотоупругость).

Эффект двойного лучепреломления, возникающего под действием механических нагрузок, пропорционален разности главных напряжений (рис.3.12.3). Если луч света проходит вдоль оси Х, то в устройстве - полярископе (см., например, рис.3.9.3,а) будет зарегистрирована фотоупругая картина, отражающая наличие напряжении в объеме по изменению показателя преломления:

Dn_X = n_Z – n_y = C(s_Z - s_y),                                                (3.12.6)

где С - фотоупругая постоянная данного материала: у стекла С = (2,2¸3,2)×10^-12 м²/Н, у корунда С = 2,1×10^-12 м²/Н.

С помощью полярископа определяют обычно величину разности хода лучей

          R = d×C×(s₁ - s₂),                                                                  (3.12.7)

пропорциональную d - толщине пластин в направлении прохождения луча.