Отражение поляризованного света при скрещенных николях » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Отражение поляризованного света при скрещенных николях

18.04.2021

Монохроматический линейно поляризованный свет. Все сечения изотропных веществ, так же как и базальные сечения одноосных кристаллов, таковы, что в них каждое направление колебания пучка линейно поляризованного света при нормальном падении совпадает с плоскостью оптической симметрии. Поэтому свет отражается линейно поляризованным без изменения направления поляризации. Если анализатор установлен в положении скрещивания (90°) относительно поляризатора, то отраженный свет полностью блокируется, какое бы положение ни занимал образец на столике микроскопа (т. е. сечение будет оптически изотропным). Свет может все же попадать к наблюдателю в виде внутренних рефлексов или в результате отражения от поверхностных царапин или других дефектов, но только не за счет отражения от ровной полированной поверхности. Кроме того, слабая освещенность (в частности, при большом увеличении) может наблюдаться в связи с незначительной эллиптичностью, возникающей в том случае, если падающий пучок света не строго перпендикулярен поверхности; интенсивность этой освещенности не меняется при вращении столика микроскопа.

Кроме базального сечения, рассмотренного ранее, все другие сечения одноосных кристаллов перпендикулярны двум плоскостям оптической симметрии. Это также относится к сечениям типа (Okl), (hOl) и (hkO) в ромбической сингонии и (hOl) в моноклинной сингонии. В таких симметричных сечениях два колебания вдоль обоих направлений линейно поляризованы. Когда скрещенные николи совпадают с данными направлениями, что имеет место через каждые 90° при вращении столика, наступает погасание. В других положениях результирующая волна этих двух колебаний (которые могут различаться по амплитуде, фазе или по тому и другому) не параллельна направлению колебаний в анализаторе, и сечение не становится полностью темным (т. е. будет проявлена оптическая анизотропия). В случае когда два колебания различаются только по амплитуде, возникает результирующая волна, которая все еще линейно поляризована, но располагается под углом 45° к родительским волнам. На рис. 4.9 показан тип анизотропии, возникающий при наблюдении этого эффекта при скрещенных николях. Когда столик выведен из положения погасания (т. е. сечение находится в 45°-ном положении на полпути между положениями погасания), результирующее колебание поворачивается и отраженный луч испытывает вращение на угол со, так что компонента света (на рисунке она показана отрезком ОТ) может пройти через анализатор к наблюдателю. Этот угол вращения может быть измерен поворотом анализатора (OP—>OR); его поворачивают до восстановления погасания и затем фиксируют величину угла вращения. Ясно, что чем больше это вращение, тем больше компонента света, прошедшая через анализатор, и тем больше анизотропия, наблюдаемая под микроскопом. Все это относится к случаю, когда два колебания различаются только по амплитуде; если же они разнятся только по фазе (рис. 4.5,ж), то результирующая световая волна станет эллиптически поляризованной, хотя и не испытывает вращения (рис. 4.9,б). Несмотря на то что сечение будет снова гаснуть через каждые 90° по мере вращения столика микроскопа в скрещенных николях (поскольку в этих позициях, параллельных плоскостям оптической симметрии, свет все еще остается линейно поляризованным), некоторое количество света пройдет к наблюдателю при промежуточных положениях, в которых свет эллиптически поляризован; в некоторых положениях сечения этот свет достигает своего максимума (но не обязательно в 45-градусной позиции). К тому же в данном положении сечение нельзя погасить вращением анализатора, так как эллиптически поляризованный свет будет иметь компоненту, которая может пройти через анализатор. Когда два колебания, отраженные от симметричного сечения, различаются и по амплитуде, и по фазе, отраженный пучок света эллиптически поляризован и большая ось эллипса повернута (в направлении колебания большей амплитуды). Эта комбинация указанных выше двух явлений показана на рис. 4.9, в. Снова, естественно, сечение будет гаснуть через каждые 90° поворота столика микроскопа при условии строго скрещенных николей. Однако в 45-градусном положении, хотя анализатор и может быть повернут до совпадения с главной осью эллипса, сечение не погаснет, поскольку свет все же эллиптически поляризован. Важно помнить, что мы рассмотрели возникновение эффектов анизотропии, когда столик микроскопа повернут только в 45-градусное положение, тогда как те же самые явления имеют место между этим положением и положением погасания (90°). Поскольку угол вращения или эллиптичность колебания уменьшаются по мере поворота сечения в сторону положения погасания постепенно, интенсивность анизотропии также уменьшается постепенно.

Другие сечения ромбических и моноклинных кристаллов, которые нами не рассматривались, и все сечения триклинных кристаллов (которые не имеют плоскостей оптической симметрии) называются асимметричными сечениями. Здесь оба колебания, возникающие при отражении пучка плоскополяризованного света, эллиптически поляризованы, при этом большие оси их эллипсов нормальны друг к другу. Вращение столика микроскопа при скрещенных николях не приводит к полному погасанию в любом положении, но возникают четыре минимума освещенности через интервалы в 90°. Эти минимумы обязаны свету, который в основном обусловлен только одним из двух эллиптических колебаний. В 45-градусных положениях (которые примерно соответствуют максимумам освещенности) результирующее колебание также эллиптически поляризовано, и погасание не может быть достигнуто вращением анализатора.

«Белый» линейно поляризованный свет. Как уже отмечалось, у многих непрозрачных минералов оптические константы n, k, а следовательно, и R функционально связаны с длиной волны по всей видимой области спектра (т. е. минералы обнаруживают спектральную дисперсию и, следовательно, окрашены, когда наблюдаются в «белом» свете). В скрещенных николях при освещении белым линейно поляризованным светом изотропные минералы или сечения остаются погашенными, тогда как другие сечения не подчиняются этому правилу, и свет, проходящий через анализатор, может быть окрашенным, а так же варьировать по интенсивности. Эти «цвета, вызванные анизотропным вращением» («anisotropic rotation colors»), могут быть использованы для диагностики некоторых минералов, поэтому полезно выяснить причину их возникновения.
Отражение поляризованного света при скрещенных николях

В случае симметричных сечений, рассмотренных ранее и приведенных на рис. 4.9, а, видно, что, если два колебания образуют при отражении волну линейно поляризованного света, отличающуюся по амплитуде, то результирующая волна вращается и величина ее поворота есть функция разности амплитуд (а следовательно, и разности величин отражения). Поскольку величины отражения в таких случаях могут функционально изменяться в зависимости и от ориентировки, и от длины волны, то угол вращения в свою очередь может варьировать как функция длины волны, создавая «дисперсию вращения» (а следовательно, и анизотропии). Это показано на рис. 4.10, а, где величина отражения R2 для синего и красного света одинакова (не диспергирует), тогда как значение отражения R1| намного больше для красного света (сильная дисперсия). Это результат большего вращения результирующего отраженного колебания для синего света, чем для красного, поэтому через анализатор проходит больше синего света (следовательно, под микроскопом будет наблюдаться синий оттенок анизотропии). Если анализатор повернуть против часовой стрелки, частично его раскрестив при этом, то красного света пройдет больше, чем синего, поэтому оттенок анизотропии систематически изменяется (рис. 4.5,б). Для симметричных сечений справедливо также то, что при повороте столика микроскопа на определенный угол по часовой стрелке и против возникают одинаковые оттенки. В асимметричных сечениях все колебания эллиптически поляризованы, но и здесь изменение величины отражения, а следовательно, и амплитуды в зависимости от ориентировки и длины волны означает, что вращение большой оси эллипса может зависеть от длины волны. Интенсивность света, прошедшего через анализатор, снова различна для разных длин волн, что вызывает оттенки анизотропии, которые опять-таки будут изменяться при повороте столика микроскопа или раскрещивании николей. Однако у асимметричного сечения при повороте столика на определенный угол по часовой стрелке и против возникающие оттенки не будут одинаковыми.

Сходящийся свет. При работе с рудным микроскопом в обычных условиях свет отражается от поверхности шлифа после нормального (или почти нормального) падения. Однако если использовать объектив большой нумерической апертуры, то в систему микроскопа войдет сходящийся свет, как показано на рис. 4.11, а. При введенной линзе Бертрана (или удаленном окуляре, если линза Бертрана отсутствует в микроскопе) изображение в задней фокальной плоскости объектива может оказаться в фокусе для наблюдателя. При этом способе наблюдения свет, видимый в поле зрения, отражается не при нормальном падении, за исключением области в центре поля. Если линейно поляризованный свет отражается таким образом от изотропной поверхности (т. е. от кубического кристалла или базального сечения одноосного кристалла), то в стороне от перекрестия нитей наклонные углы падения сами обусловят линейно поляризованный пучок света, испытывающий вращение. Это вращение отражения (reflection rotation) увеличивается в стороны от перекрестия (см. рис. 4.11,6). Если затем скрестить николи, то будет наблюдаться черный крест (см. рис. 4.11, в (1)), располагающийся вдоль перекрестия нитей, где отраженный свет погашен в анализаторе; другие части поля зрения остаются освещенными. Черный крест, перекладины которого правильнее называть изогирами, при вращении столика микроскопа остается неподвижным (ср. с интерференционной фигурой одноосного кристалла в проходящем свете, хотя наблюдаемая в нашем случае фигура возникает при отражении от изотропного сечения).


Даже при нормальном падении отражение линейно поляризованного света от анизотропного сечения вызывает эффекты вращения направления колебания падающего света (анизотропное вращение) и эллиптическую поляризацию, когда сечение не находится в положении погасания. При изучении анизотропных сечений в сходящемся свете описанное выше вращение отражения оказывается наложенным на эти эффекты. Так, если анизотропное сечение изучается при скрещенных николях в положении погасания, то наблюдается такой же черный крест, как и у изотропных сечений (см. рис. 4.11,в (1)), но при повороте столика микроскопа изогиры креста расходятся и движутся в противоположные квадранты в виде пары изогир (ср. с фигурой в плоскости, перпендикулярной острой биссектрисе, в проходящем свете (см. рис. 4.11,в, (3)). Расхождение изогир, когда столик находится в 45-градусном положении, служит основным показателем силы анизотропии в сечении. Объяснение этому можно найти, если обратиться к 45-градусному положению, показанному на рис. 4.11,в (3). Когда направление колебания с большей величиной отражения R2 лежит, как это изображено, в северо-восточном квадранте, анизотропное вращение будет направлено в сторону R2 (против часовой стрелки), в то время как вращение отражения (рис. 4.11,б) совершается по часовой стрелке. В некоторых случаях эти два эффекта компенсируют друг друга, и такие точки располагаются на изогире. Сходным образом в юго-западном квадранте анизотропное вращение направлено против часовой стрелки и компенсирует вращение отражения, идущее по часовой стрелке, что порождает изогиру. Однако в двух оставшихся квадрантах оба эффекта вращения направлены против часовой стрелки, вследствие этого компенсация отсутствует (нет и изогир).

Хотя между описанными эффектами и интерференционными фигурами, наблюдаемыми в проходящем свете, и есть сходство, все же в первом случае мы имеем дело с поверхностными явлениями, при которых не возникает разности хода в веществе, а следовательно, и нет интерференции. Эти фигуры правильнее назвать фигурами сходящегося света (convergent-light figures). Объем информации, которую можно получить по данным фигурам, также довольно ограничен. Нет возможности с их помощью провести различие между изотропным кристаллом и базальным сечением одноосного кристалла или между небазальным сечением и главным сечением двуосного кристалла. Фигуры сходящегося света можно использовать для установки сечения на погасание или для определения направления колебания с большей величиной отражения (R2 на рис. 4.11,в(3)) в анизотропном сечении, хотя и то, и другое можно сделать, не прибегая к такому методу.

Фигуры сходящегося света полезны также при изучении дисперсионных эффектов. Изотропные сечения в сходящемся «белом» свете могут обнаруживать дисперсию вращения отражения (т. е. когда степень вращения изменяется в зависимости от длины волны). О ней судят по окраске в квадрантах вблизи края поля зрения; красные участки указывают на то, что вращение больше у красного света, чем у синего; при синем окрашивании соотношения обратные. Это наблюдается только при сильной дисперсии. Слабую же дисперсию можно изучать, когда анализатор частично раскрещен; тогда изогиры расходятся и по их обеим сторонам наблюдаются цветные каймы (рис. 4.11, в(2) и 4.11,г). В случае, показанном на рис. 4.11,г, у изогир выпуклая сторона окрашена в красный цвет, а вогнутая — в синий, и дисперсия вращения отражения характеризуется тем, что синий свет испытывает большее вращение. Это означает, что спектральный профиль дисперсии данной фазы показывает более высокие значения R(%) в красном конце спектра. Фаза, характеризующаяся спектральной кривой дисперсии с большими значениями R(%) в синем конце спектра, будет иметь красные каймы на вогнутой стороне изогиры.

Дисперсия вращения отражения в анизотропных сечениях может изучаться точно таким же образом, когда сечение находится в положении погасания (изогиры имеют форму креста) и анализатор раскрещен. Когда же анизотропное сечение исследуется в 45-градусном положении (две изогиры при скрещенных николях), наблюдаемые эффекты обусловлены комбинацией дисперсии вращения отражения и дисперсии, вызванной анизотропией. В ряде случаев можно сделать определенные заключения о вкладе анизотропного вращения, а также провести наблюдения над общей дисперсией (т. е. слабая она или сильная).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: