Микроскопическое изучение оптических свойств кристаллов

расположена линза Бертрана (2), необходимая только при получении

коноскопии. Линза имеет диафрагму, может быть центрирована и фокусирована

специальной кремальерой (1).

Сверху в тубус вставляется окуляр (15). К микроскопам МП прилагаются

окуляры 5(, 8(, 12,5( и 17(, имеющие крест нитей, и окуляр 6(, в который

можно вложить сетчатый или линейный микрометр. Окуляр с крестом нитей

вставляют так, чтобы одна из нитей была параллельна плоскости симметрии

микроскопа, а другая перпендикулярна ей.

Осветительное устройство (9) поляризационного микроскопа расположено

под предметным столиком и состоит из зеркала и двух конденсоров. Зеркало

двойное – плоское и вогнутое. Обычно пользуются вогнутым зеркалом, а при

малых увеличениях и широком, удаленном от микроскопа источнике света –

плоским.

Нижний конденсатор превращает пучок света, отраженного от зеркала, в

несколько сходящийся и усиливает освещенность препарата. Над ним помещена

ирисовая диафрагма, с помощью которой можно суживать отверстие конденсора и

делать пучок света более параллельным. Второй конденсор – линза Лазо –

употребляется при работе с большими увеличениями и главным образом для

получения коноскопии. При необходимости линзу можно вводить специальным

рычагом, расположенным под столиком.

Осветительная система вместе с поляризатором специальным маховичком

может быть опущена вниз и откинута влево. Обычно же она должна быть поднята

до самого предметного столика.

Поляризационная система микроскопа представлена двумя николями. Нижний

николь – поляризатор (8) – помещен под предметным столиком, ниже

осветительных конденсоров и диафрагмы. Верхний - анализатор (4) – находится

в тубусе микроскопа между объективом и окуляром.

Поляризатор можно повернуть в обойме и закрепить специальным винтом.

Обычно поляризатор располагают таким образом, чтобы направление

пропускаемых им колебаний было параллельно вертикальной нити окуляра

(плоскости симметрии микроскопа).

Анализатор, как правило, может быть либо выведенным из тубуса, либо

введенным в него. Направление пропускаемых анализатором колебаний должно

быть перпендикулярно направлению колебаний, пропускаемых поляризатором. В

некоторых микроскопах (например, МП-6) анализатор может быть повернут на

определенный угол до 90(, но делается это только при специальных

исследованиях.

2.2. ОСНОВНЫЕ ПОВЕРКИ МИКРОСКОПА

Перед началом работы с поляризационным микроскопом необходимо

установить его в рабочее положение – сделать поверки. Рекомендуется

проводить их в такой последовательности.

1. Придают тубусу удобное для работы наклонное положение и зажимают

закрепляющий винт. Проверив, выключены ли линзы Лазо и Бертрана, а

также анализатор и открыта ли диафрагма, налаживают правильное

освещение. Для этого вращением и наклонами вогнутого зеркала

направляют световой пучок от источника света в микроскоп и добиваются

равномерно яркого освещения поля зрения.

2. Прикрепляют шлиф к предметному столику, вставляют объектив и

производят фокусировку. При фокусировке объективов со слабыми

увеличениями (3( или 8() тубус опускают винтом макроподачи до

появления изображения, а затем уточняют фокусировку винтом

микроподачи.

Фокусировку объективов с сильными увеличениями (40(,

60() во избежание опасности

раздавить шлиф объективом осуществляют таким образом: осторожно,

наблюдая сбоку, винтом макроподачи опускают тубус до соприкосновения

объектива с покровным стеклом шлифа, а затем, подымая тубус (лучше

микроподачей), улавливают изображение.

3. Проверяют центрировку объектива. Для этого передвижением шлифа по

предметному столику ставят на центр креста нитей какую-либо маленькую

заметную точку и вращают столик. Если объектив центрирован, то

выбранная точка не сойдет с перекрестья нитей. При отсутствии

центрировки точка сойдет с перекрестья и опишет в поле зрения

окружность. Если центрировка объектива сильно нарушена или объектив

неправильно зажат в щипцах, то выбранная точка может совсем уйти из

поля зрения. Поэтому прежде чем начать центрировку, необходимо

убедиться, что объектив вставлен правильно, т.е. что шпенек на его

обойме вошел в прорезь щипцов.

Центрируют объектив обычно следующим образом:

а) после выбора точки в шлифе и установки ее на перекрестье

нитей поворачивают предметный столик на 180(;

б) перемещением шлифа по предметному столику подвигают

выбранную точку к кресту нитей на половину того расстояния, на которое

она отошла при вращении;

в) надевают на центрировочные винты объектива специальные ключи

и, ввинчивая или вывинчивая их, изменяют положение объектива так, чтобы

выбранная точка попала на перекрест нитей;

г) проверяют проведенную центрировку вращением столика

микроскопа. Если же объектив вновь оказывается не центрированным, то все

указанные операции повторяют снова.

При сильном нарушении центрировки сначала вращением столика

устанавливают, в каком направлении от центра расположен выход оси

вращения. Затем центрировочными винтами перемещают видимые зерна так,

чтобы приблизить ось вращения к центру нитей. Как только выбранная для

центрировки точка окажется в пределах поля зрения, центрировку

производят обычным способом.

При некотором опыте работы с микроскопом центровку объектива можно

осуществлять только центрировочными винтами. В этом случае выбирают

маленькую точку, ставят ее на перекрестье, поворачивают столик на 180(.

Затем выбранную точку передвигают центрировочными винтами на половину

расстояния к перекрестью, замечают новую, оказавшуюся на кресте, точку и

повторяют операции до тех пор, пока выбранная точка не будет описывать

окружность вокруг перекрестья нитей. Такой способ центрировки особенно

удобен, когда нежелательно лишнее передвигание шлифа.

4. Проверяют взаимную перпендикулярность нитей креста в окуляре. Выбирают

в шлифе прямую линию (спайность, край удлиненного зерна), поворачивают

предметный столик так, чтобы она расположилась параллельно одной из

нитей окуляра, и берут отсчет по нониусу столика. Затем, вращая

столик, устанавливают эту же линию параллельно другой нити окуляра и

вновь берут отсчет. Разность отсчетов должна быть равной 90(. Если

нити окажутся не взаимно перпендикулярными, исправить это может только

механик.

5. Проверяют, находятся ли николи в скрещенном положении. Так как

поляризатор и анализатор должны пропускать свет с колебаниями во

взаимно перпендикулярных плоскостях, при введении анализатора поле

зрения (без шлифа!) должно быть темным. Если же этого нет, то при

введенном анализаторе нужно повернуть поляризатор, предварительно

ослабив стопорный винт, пока поле зрения не станет темным, и вновь

зажать винт.

6. Проверяют совпадение нитей окуляра с направлениями колебаний света,

пропускаемых поляризатором и анализатором. Данную поверку производят

обычно при помощи удлиненной пластинки биотита со спайностью.

Поворотом столика добиваются, чтобы спайность (или удлиненная сторона)

пластинки биотита оказалась параллельной одной их нитей окуляра. При

включенном анализаторе пластинка биотита должна быть темной, т. е.

Стоять на погасании. Если же этого не наблюдается, то нужно обращаться

к механику.

7. Определяют направление колебаний, пропускаемых поляризатором. Для

этого можно воспользоваться той же пластинкой биотита. Вращением

предметного столика добиваются наиболее интенсивной окраски биотита

(без анализатора!). В данный момент удлинение (и спайность) пластинки

окажется параллельным одной из нитей окулярного креста, которая и

будет соответствовать направлению колебаний, пропускаемых

поляризатором. Обычно поляризатор пропускает колебания, параллельные

плоскости симметрии микроскопа (вертикальной нити окуляра), но может

наблюдаться и обратное положение. Поэтому, начиная работу с незнакомым

микроскопом, эту поверку делать совершенно необходимо.

Кроме перечисленных поверок, каждому исследователю надлежит усвоить,

во-первых, что прибор должен всегда стоять так, чтобы было удобно

работать, и, во-вторых, хотя в микроскоп смотрят одним глазом, второй

не должен быть закрыт и особенно прищурен. Начинающим можно

рекомендовать закрывать глаз рукой или одевать щиток из бумаги на

верхнюю часть тубуса. Очень полезно привыкнуть в процессе работы

смотреть в тубус то правым, то левым глазом.

ГЛАВА 3. ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ

3.1. ЕСТЕСТВЕННЫЙ И ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ

Различают свет естественный и поляризованный. Колебания естественного

света совершаются во всех плоскостях, проходящих через направление

распространения луча, во всех направлениях, перпендикулярных лучу.

Колебания же поляризованного света совершаются в плоскости,

перпендикулярной лучу, но по параллельным направлениям. Плоскость,

перпендикулярная плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации.

Поляризация света происходит при отражении, при прохождении света через

кристаллическое вещество. Она может быть полной или частичной.

Свет одновременно обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами. В

основу кристаллооптических исследований положена волновая теория. Свет

рассматривается как электромагнитные колебания, распространяющиеся волнами

во все стороны от источника света с большой скоростью.

В световом колебательном движении различают направление колебаний и

направление распространения колебаний. Прямые, по которым распространяется

свет, называются световыми лучами. Направление световых колебаний

перпендикулярно направлению распространения света. Световые колебания

являются гармоническими, т.е. совершаются через определенные промежутки

времени.

В гармоническом колебательном движении выделяются следующие элементы

(рис. 9):

Рис. 9. Элементы гармонического колебательного движения.

1. Амплитуда (А) – наибольшее расстояние, на которое колеблющаяся точка

отклоняется от своего положения равновесия.

2. Период колебаний – промежуток времени, в течение которого точка

совершает одно полное колебание (аа().

3. Частота колебания – число полных колебаний в секунду.

4. Фаза – состояние колебания в данной точке в данный момент, т.е. угол,

на который отклоняются частицы от положения равновесия. Различают

одинаковые фазы и противоположные. Точки одинаковых фаз располагаются

по одну сторону от положения равновесия и движутся в одну сторону (1

и 1(). Точки противоположных фаз располагаются по разным сторонам от

положения равновесия и движутся в разные стороны (2 и 2().

5. Длина волны (() – расстояние, на которое распространяется

колебательное движение за один период. Иными словами, длина волны

есть расстояние между ближайшими точками, находящимися в одинаковых

фазах.

К области видимого света относятся электромагнитные колебания с

длинами волн от 380 мкм (фиолетовая часть спектра) до 780 мкм (красная

часть спектра). Белый свет практически представляет собой смесь световых

колебаний всех возможных длин волн. Свет какой-либо одной длины волны

называется монохроматическим. Рентгеновские лучи и радиоволны имеют также

электромагнитную природу и отличаются от видимого света только длиной

волны. У первых длина волны меньше 380 мкм, а у вторых – больше 780 мкм.

Если два луча распространяются в одном и том же направлении и

обладают одной и той же длиной волны, то они взаимодействуют или

интерферируют между собой. Наиболее простой случай интерференции

наблюдается, когда оба интерферирующих луча поляризованы в одной плоскости.

3.2. ПРЕЛОМЛЕНИЕ ЛУЧЕЙ

При переходе света из одной среды в другую происходит изменение

скорости распространения света, или, преломление световых лучей. Это

происходит из-зи того, что скорость распространения света в разных средах

различна. В вакууме она приблизительно равна 300 000 км(с, во всех других

средах меньше.

Существует определенная зависимость между углом падения луча и

изменением скорости. Для данных двух сред отношение синуса угла падения к

синусу угла преломления есть величина постоянная, равная отношению скорости

света в первой среде к скорости света во второй среде. Это отношение

называется показателем преломления среды второй относительно первой и

обозначается N.

Показатель преломления какой-либо среды относительно пустоты

называют абсолютным показателем преломления. Вследствие того, что скорость

распространения света в пустоте является наибольшей, абсолютный показатель

преломления всегда больше единицы. Практически показатель преломления

определяется относительно воздуха (его N = 1,0003).

При прохождении света из среды с меньшим показателем преломления в

среду с большим показателем преломления угол преломления меньше угла

падения. Если же свет идет из среды с большим показателем преломления, то

угол преломления больше угла падения. Поэтому из пучка лучей найдется луч,

который после преломления пойдет по границе сред. Угол падения такого луча

называется предельным.

При угле падения, большем предельного, падающий луч полностью

отразится от поверхности раздела двух сред (рис. 11). Это явление

носит название полного внутреннего отражения. Таким образом, полное

внутреннее отражение наблюдается тогда, когда луч из среды с большим

показателем преломления попадает в среду с меньшим показателем преломления

под углом, превышающим предельный. Чем значительнее разница в показателях

преломления двух сред, тем меньше предельный угол и тем большая часть

падающих лучей испытает полное внутреннее отражение.

Луч естественного света, войдя в кристалл, преломляется и

разделяется на два луча, идущих с различными скоростями и поляризованных в

двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такое явление называют двойным

лучепреломлением, или двупреломлением.

Рис. 11. Преломление света на границе двух сред с различными

показателями преломления.

N ( n. ( - предельный угол падения. Луч 4 испытывает полное внутреннее

отражение.

Рассмотрим два случая двупреломления лучей. Один из возникших при

двупреломлении лучей идет с одинаковой скоростью по разным направлениям в

кристалле, а другой меняет скорость в зависимости от направления. Первый

луч называют обыкновенным (ordinarius) и обозначают о, а второй –

необыкновенным (extraordinarius) и обозначают е.

Явление двупреломления связано с анизотропностью кристаллов, т.е. с

неодинаковыми свойствами кристаллов. В веществах с одинаковой скоростью

распространения света двупреломление не происходит. В анизотропных

веществах двупреломление происходит во всех направлениях (кроме направлений

оптических осей).

ГЛАВА 4. УСТРОЙСТВО ПРИЗМЫ НИКОЛЯ И

ХОД ЛУЧЕЙ ЧЕРЕЗ НЕЁ.

Входя в кристалл, световой луч, разбивается на два луча,

распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно

перпендикулярных плоскостях.

При выходе из кристалла, световые колебания одного пучка будут

перпендикулярны по отношению к световым колебаниям второго. Для того чтобы,

получить свет, поляризованный в одной плоскости, достаточно погасить один

из указанных световых пучков. Что выполняется в призме Николя.

Призма изготавливается таким способом; кристалл прозрачного кальцита

(исландского шпата – СаСО3) разрезается под определенным углом к ребрам на

две части. Затем обе части склеиваются особым клеем - канадским бальзамом.

Показатель преломления канадского бальзама n ? 1,54.

Параллельный пучок света, входя а призму, разбивается на два

распространяющихся с различными скоростями поляризованных световых пучка.

Для одного из этих пучков показатель преломления кальцита 1,53 – 1,54, для

другого – 1,658. Обратим внимание но то, что первый показатель почти равен

показателю преломления канадского бальзама. Световой пучок, соответствующий

ему, беспрепятственно проходит сквозь прослойку бальзама с близким ему

показателем преломления.

Второй пучок, соответствующий большему показателю преломления

(1,658), дойдя до упомянутой прослойки, должен преломиться.

При изготовлении призмы Николя плоскость ее разреза ориентируется

так, чтобы второй пучок испытал полное внутренне отражение. Таким образом,

достигнув прослойки канадского бальзама, этот пучок не проходит через нее,

а целиком отражается, поглощаясь зачерненной оправой призмы Николя. В

результате из двух световых пучков через николь проходит лишь один,

отвечающий показателю преломления 1,53 – 1,54.

ГЛАВА 5. Изучение оптических свойств

Страницы: 1, 2, 3