Курсовая. Оптические свойства кристаллов.. Оптическая классификация с кристаллов Свет и его взаимодействие с кристаллом
 Скачать 1.7 Mb.
|
Оптическая классификация кристаллов. Свет и его взаимодействие с кристаллом
Интерференционные явления, возникающие при прохождении света через кристалли- ческие пластинки.Наблюдение явлений интерференции света при прохождении поляризованного света че- рез плоско-параллельные пластинки позволяет выяснить ряд свойств кристаллов, таких, например, как оптический класс кристаллов (т.е. является ли кристалл изотропным, одно- осным или двуосным), позволяет отделить монокристаллические образцы от поликристалли- ческих,определить оптический знак кристалла и ряд других свойств. Начнем с рассмотрения явлений интерференции света при нормальном падении парал лельного пучка поляризованного света на плоскопараллельную пластику, т.е. поместим кристаллическую пластинку между поляризатором и анализатором и осветим систему па раллельным пучком света с длиной волны λ (см. рис 4). Тогда в кристалле будут распро страняться две волны, поляризованные в 2-х взаимно-перпендикулярных плоскостях. Эти волны будут распространяться с разной скоростью. Поэтому на выходе пластинки будут складываться два взаимно-перпендикулярных колебания, имеющие разность фаз δ, приоб ретенную за счет различной скорости распространения в кристалле с толщиной d δ = 2λπ d (n1 − n2 ), (3) где n1 и n2 - два значения показателя преломления света для двух волн различной поля- ризации. В результате на выходе пластинки свет будет уже не линейно поляризованным, а эллиптически поляризованным. В частном случае этот эллипс может вырождаться в пря мую. Так, если разность фаз кратна 2π, то свет будет поляризован так же как и до входа в пластинку.  Рис. 4. Оптическая схема для наблюдения интерференции света, прошедшего через кристаллическую пластинку. Р – поляризатор, А – анализатор, Кр – кристаллическая плоско-параллельная пластинка. 8 2 Интенсивность света, прошедшего через анализатор, будет зависеть от взаимной ориен тации анализатора и поляризатора. В том случае, когда анализатор и поляризатор скреще ны, интенсивность прошедшего света определяется выражением (см., напр., /4/) 0 sin 2 2 sin 2, (4) где I0 - интенсивность света, падающего на кристалл, а φ - угол между направлением колебаний, пропускаемых поляризатором, и направлением вектора индукции → D одной из двух волн, могущих распространяться в кристалле (здесь не учитываются потери на отражение). Если на кристалл падает не монохроматический свет, а белый, и если принять, что ам плитуды колебаний в падающем свете для всех длин волн одинаковы, то при прохождении такого света через систему, изображенную на рис. 6, спектральный состав света будет из менен, поскольку величина δ зависит от длины волны. Из формулы (4) сразу видно, что если оставить неподвижными анализатор и поляризатор, то при вращении кристалла во круг оптической оси интенсивность прошедшего света четыре раза обратится в нуль при повороте пластинки на 360° одновременно для света всех длин волн. Интенсивность света обращается в нуль, когда направление колебаний векторов индукции волн, могущих рас пространяться в кристалле, совпадает с направлением колебаний, пропускаемых поляриза тором. Второй важный вывод, вытекающий из рассмотрения прохождения белого света через оптическую систему, изображенную на рис. 6, состоит в том, что распределение интенсив ности в спектре прошедшего света как уже было сказано будет иным по сравнению с пада ющим. Свет тех длин волн, для которых состояние поляризации на выходе пластинки оста ется таким же, каким оно было на входе, не пройдет через анализатор. Свет этих волн бу дет отсутствовать в прошедшем свете. Свет близлежащий длин волн будет сильно ослаб лен. Если толщина кристалла невелика, т.е., если разность хода 2-х волн, распространяю щихся в кристалле не превышает нескольких длин волн, то прошедший свет по спектраль ному составу будет сильно отличаться от падающего. График зависимости интенсивности прошедшего через систему света от длины волны, когда d (n1 − n2 ) = 600 нм, представлен на рис. 5. Если толщина пластинки такова, что в пределах видимого света от 400-700 нм уклады вается один максимум интенсивности прошедшего света, пластинка кажется окрашенной в тот цвет, которому соответствует максимальное значение интенсивности прошедшего све та. Подобное рассмотрение позволяет понять принцип действия двух компенсаторов, при меняемых в дальнейшем в этой задаче. 9  Рис. 5. График зависимости интенсивности (в условных единицах) света, прошед шего через систему, изображенную на рис. 4, при скрещенных поляризаторах от дли ны волны света Первый компенсатор – это так называемая пластинка «чувствительного оттенка». Она представляет собой кварцевую плоско-параллельную пластинку, вырезанную параллельно оптической оси (направление оптической оси указано на оправе пластинки и обозначено там как Ng). Толщина пластинки такова, что вносимая ею разность хода d (ne − no ) = 555 нм. Тогда, согласно сказанному выше, свет с длиной волны 555 нм на выходе будет иметь ту же поляризацию, что и на входе пластинки, т.е. анализатор не пропускает свет с указан ной длиной волны. 10 Таким образом, из белого света будет изъята зеленая часть спектра. Пластинка будет казаться окрашенной в фиолетово-красный цвет при наблюдении в скрещенных николях. Если теперь на пути лучей ввести дополнительную разность хода, то уже при небольшом увеличении разности хода пластинка кажется окрашенной в синий цвет (минимум пропус кания сместится в красную сторону). Если разность хода несколько уменьшить, то окраска становится оранжевокрасной. Пластинка «чувствительного оттенка» применяется для об наружения небольших разностей хода лучей. Второй компенсатор – это кварцевый клин. Обычно он вырезан так, что угол его имеет величину около 0.5° и длина клина составляет 5 см, так что максимальная толщина клина
11 |
