Одноосные кристаллы в скрещенных николях

Уже упоминалось, что характерным отличием изотропных кристаллов от анизотропных является то, что при скрещенных николях в любом положении оси остаются темными. Есть, однако, особые условия, при которых одноосные кристаллы также остаются темными в скрещенных николях. Одно из них — распространение света параллельно оптической оси. Двигаясь в этом направлении, луч света из поляризатора проходит сквозь кристалл как сквозь изотропное вещество и полностью отсекается анализатором. Второе соблюдается тогда, когда направление колебаний света, вышедшего из поляризатора, точно совпадает с одним из направлений его колебаний в кристалле. В этом случае свет проходит сквозь кристалл либо как О-луч, либо как E-луч, и полностью поглощается анализатором; это положение кристалла называют положением погасания. При вращении кристалла из положения погасания он постепенно просветляется, достигая максимума яркости при повороте на 45°. При полном повороте столика на 360° наступает четыре положения погасания, через каждые 90°.



Рассмотрим, как кристалл взаимодействует с поляризованным светом при вращении от одного положения погасания к другому. На рис. 6.14 показано пять положений кристалла кварца, удлиненного по оси с и лежащего на грани призмы. Предполагается, что свет из поляризатора распространяется вверх, перпендикулярно плоскости рисунка, а его колебания происходят в направлении Р—Р. Направление колебаний анализатора А—А. На рис. 6.14, а кристалл показан в положении погасания, когда свет распространяется как E-луч, имеющий направление колебаний параллельно оси с. При повороте на 90° (см. рис. 6.14, б), кристалл также попадает в положение погасания, когда свет распространяется в нем как О-луч. Когда кристалл повернут так, как показано на рис. 6.14, в, г и д, поляризованный свет, входящий в него, разбивается на две компоненты. Одна распространяется как О-луч, колебания ее расположены в базальной плоскости, вторая — как Е-луч, с колебаниями, расположенными в главном сечении. На рис. 6.14, в большая часть света распространяется как Е-луч, а на рис. 6.14, д — как О-луч. На рис. 6.14, г, при повороте на 45°, доля обыкновенного и необыкновенного лучей в проходящем свете одинакова.

Когда эти лучи, пройдя кристалл, входят в анализатор, каждый разбивается на О- и Е-лучи, соответствующие направлениям колебаний анализатора. Анализатор пропускает только те компоненты лучей, колебания которых происходят в направлении В—З. Скорости распространения двух лучей в кристалле различны, поэтому они выходят из него со сдвигом по фазе, т. е. один раньше другого. Величина опережения зависит как от различия скоростей, так и от толщины кристалла. Поскольку колебания обоих лучей расположены в одной плоскости анализатора, они претерпевают интерференцию. Для монохроматического света, если один луч опаздывает по отношению к другому на целое число длин волн (nλ), интерференция проявится в виде темноты. Если же различие составит λ/2, 3λ/2 или в общем (2n—1) λ/2, волны усиливают друг друга и дают максимальную яркость.

Для каждой длины волны существует своя область значении разностей хода, при которой интерференция выражается в погасании. Следовательно, если используется белый свет, «погасание» света с определенной длиной волны означает отсутствие ее в спектре и появление дополнительного к этой длине волны цвета. Получаемые в результате цвета называют цветами интерференции. Существуют цвета интерференции различных порядков в зависимости от того, какова разность хода: 1λ, 2λ, 3λ, ..., nλ. Соответственно — это первый, второй, третий и так далее порядки цветов интерференции, как показано на рис. 6.15.

Цвета интерференции зависят от трех факторов: ориентировки, толщины и двупреломления. Пo мере постепенного изменения направления света от параллельного к перпендикулярному к оптической оси происходит непрерывное повышение порядка цветов интерференции. Для какой-либо заданной ориентировки порядок цветов интерференции тем выше, чем толще кристалл и чем больше его двупреломление. Если кристалл представляет собой пластинку равной толщины, как, например, в случае спайной выколки или зерна в шлифе, будет наблюдаться один цвет интерференции. В иммерсионных препаратах толщина зерен изменчива, что отражается в изменчивости цветов интерференции.



В качестве компенсаторов с поляризационным микроскопом используются гипсовая и слюдяная пластинки и кварцевый клин. Их функция состоит в получении интерференции известного порядка и, следовательно, заранее определенных цветов. Пластинки сконструированы таким образом, что более быстрый луч (направление колебаний меньшего показателя преломления) параллелен удлинению пластинки. Гипсовая пластинка изготавливается путем расщепления кристалла гипса до такой толщины, что в белом свете он дает единственный цвет интерференции: красный цвет в первом порядке. Слюдяная пластинка делается из тонкой слюдяной выколки, расщепленной до такой толщины, что для желтого света она дает разность хода в четверть длины волны. Поэтому слюдяную пластинку называют четвертьволновой пластинкой. Кварцевый клин представляет собой удлиненный клинообразный кусок кварца (рис. 6.16), в котором направление колебаний быстрого луча (ω) параллельно длинной стороне, а направление колебаний медленного луча (ε) перпендикулярно удлинению. Чем более утолщенная часть клина вдвинута в оптическую систему, тем больше разность хода лучей, проходящих сквозь него, и тем выше порядок цветов интерференции. Число порядков зависит от угла клина: чем выше угол, тем больше порядков на единицу длины.

Когда кварцевый клин рассматривается в монохроматическом свете при скрещенных николях, он пересекается чередующимися темными и светлыми полосами, темными там, где разность хода равна nλ, и светлыми там, где разность хода равна (2n—1) λ/2 (см. рис. 6.16, б). В белом свете последовательность наблюдаемых цветов интерференции напоминает цвета, возникающие на тонкой нефтяной пленке, покрывающей поверхность воды (рис. 6.16, в). Цвета, возникающие в результате интерференционных явлений, описывались Исааком Ньютоном и названы цветами Ньютона.