ID: 42265

Название работы: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ В ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛАХ КОНОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Поэтому при изготовлении деталей необходимо знать положение оптической оси относительно рабочих поверхностей детали. Одним из методов определения ее положения является коноскопический основанный на том что в направлении оптической оси кристалла у одноосного кристалла оптическая ось совпадает с кристаллографической анизотропия оптических свойств отсутствует. Он состоит из широкого источника света S скрещенных поляризатора П и анализатора А кристаллической пластины К вырезанной перпендикулярно оптической оси кристалла и двух...

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-10-28

Размер файла: 4.42 MB

Работу скачали: 60 чел.

- 40 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ В ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛАХ КОНОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы - изучение коноскопического метода ориентации одно-осных кристаллов и контроль положения оптической оси в пластинках из кристаллического кварца.

Кристаллы, в отличие от стекол, характеризуются ярко выраженной анизотропией свойств. Механические, акустические, оптические, электри-ческие и другие свойства кристаллов зависят от направления их измерения. Поэтому при изготовлении деталей необходимо знать положение опти-ческой оси относительно рабочих поверхностей детали. Одним из методов определения ее положения является коноскопический, основанный на том, что в направлении оптической оси кристалла (у одноосного кристалла оптическая ось совпадает с кристаллографической) анизотропия опти-ческих свойств отсутствует.

Рис.19. Образование коноскопической картины.

Оптическая схема коноскопа

Прежде чем приводить описание эффектов, получаемых при коно-скопических наблюдениях, напомним несколько основных определений.

Плоскость падания - плоскость, содержащая падающий луч и нор-маль к поверхности кристалла. Оптическая ось кристалла - прямая, про-веденная через любую точку кристалла в направлении, в котором отсутству-ет двойное лучепреломление или направление в кристалле, вдоль которого скорость распространения света не зависит от ориентации плоскости поля-ризации света. Главное сечение кристалла - плоскость, содержащая опти-ческую ось кристалла и проходящий через него луч.

Для объяснения эффектов, происходящих при наблюдениях, рас-смотрим оптическую схему коноскопа (рис.19).

Он состоит из широкого источника света S, скрещенных поляриза-тора П и анализатора А, кристаллической пластины К, вырезанной перпен-дикулярно оптической оси кристалла, и двух плосковыпуклых линз Л1 и Л2, фокусы которых совмещены с центром кристаллической пластины. Плас-тина освещается пучками параллельных лучей, угол и плоскость падения которых различны. Падающий от источника  S пучок света разделяется в пластине К на два: обыкновенный, характеризуемый показателем прелом-ления n0, и необыкновенный – nВ. Плоскость колебания вектора Е обыкно-венного луча совпадает с плоскостью падения, плоскость колебаний век-тора Е необыкновенного луча перпендикулярна плоскости падения. Линза Л2 дает интерференционный эффект в плоскости F. Поляризатор П и ана-лизатор А обеспечивают возможность наблюдения интерференционной картины. При фиксированных положениях поляризатора и анализатора разность фаз  между обыкновенным и необыкновенным лучами, вышед-шими под одинаковыми углами  к оптической оси ОО, равна

-, (18)

где d - толщина пластины;  - длина волны падающего света.

Из формулы (1) видно, что лучи, имеющие равные углы наклона к оптической оси, будут иметь одинаковую разность фаз. Поэтому в плос-кости F - плоскости локализации интерференционной картины - будут наблюдаться концентрические окружности. При использовании монохро-матического света окружности имеют вид светлых и темных колец, соответствующих интерференционным максимумам и минимумам.

При скрещенных поляризаторе и анализаторе в центре интер-ференционной картины будет наблюдаться минимум.

Следует обратить внимание на непостоянство интенсивности кон-центрических колец по окружности. Действительно, можно показать, что интенсивность J света, прошедшего через поляризатор, зависит от углов  

Рис.20. Определение углов  и 

 (рис.20) и разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами :

П - направление колебаний, пропускаемых поляризатором; А - на-правление колебаний, пропускаемых анализатором; К - направление одного из главных сечений кристаллической пластины:  меняется от 0 до 2

J = J0 , (19)

где J0 - интенсивность падающего на поляризатор света; - угол между направлением колебаний, пропускаемых поляризатором и одним из главных сечений  пластины;  - угол между направлением колебаний, про-пускаемых анализатором и тем же главным сечением пластины;  - угол между главным сечением поляризатора и анализатора. В нашем случае поляризатор и анализатор скрещены, т.е.  и формула (19) может быть упрощена:

(20)

Так как в пределах одного кольца  = const, то изменение  вызовет изменением яркости кольца. При  и  (направления, совпадающие с направлением колебаний, пропускаемых  поляризатором и анализатором) независимо от  яркость кольца равна нулю. Таким образом, интерферен-ционная картина, получаемая от одноосного кристалла, будет представлять

Рис.21. Интерференционная картина от одноосного кристалла.

Оптическая ось перпендикулярна рабочим граням.

ряд концентрических колец, пересекаемых темным крестом (рис.21), расши-ряющимся по мере увеличения угла падения света на пластинку.

Если оптическая ось пластины К не перпендикулярна её рабочим граням (1,1 - 2,2) и составляет некоторый угол  с оптической осью ОО прибора (см.рис.19), то интерференционная картина в плоскости F смес-тится. При вращении кристаллической пластинки центр интерференци-онной картины будет описывать некоторую окружность вокруг центра поля зрения, а фигура будет перемещаться параллельно самой себе, что характе-ризует непараллельность осей ОО прибора и контролируемой пластины (рис.22.а - при выходе оптической оси в поле зрения микроскопа, б - в случае выхода оптической оси за пределы поля зрения).

Если рабочие грани пластины вырезана параллельно оптической оси кристалла, то в плоскости F будет наблюдаться интерференционная карти-

Рис.23. Интерференционная картина от кристалла, оптическая

ось которого, ориентированна параллельно рабочим граням

на, вид которой также можно определить из анализа формулы (19). Интерференционная картина, получаемая при скрещенных поляризаторе и анализаторе для этого случая, приведена на рис.23.

Если оптическая ось кристалла непараллельна рабочим граням плас-тины и составляет с ними угол малой величины, то картина в плоскости F (рис.23) сместится. При вращении пластины вокруг оси ОО` центр картины будет описывать некоторую окружность, следовательно, и в этом случае смещение интерференционной картины характеризует неперпендикуляр-ность оптических осей ОО` прибора и кристаллической пластины.

Описание конструкции прибора

Для контроля ориентации оптической оси в работе используется  поляризационный микроскоп, который состоит из коноскопа и собственно микроскопа с небольшим увеличением.

Внешний вид прибора приведен на рис.24. Коноскоп состоит из осветительной системы 6, поворотного столика 5, объектива 4, призмы-анализатора 3.

Микроскоп образован линзой Бертрана 2, окуляром 1.

Конструктивно эти элементы расположены следующим образом:

объектив 4 и окуляр 1 укрепляются на концах тубуса, в котором установ-лена линза Бертрана 2. Тубус и линза Бертрана имеют независимые осевые перемещения.

Рис.24. Общий вид коноскопа

Под линзой Бертрана расположена поляризационная призма-анали-затор 3. На верхней части штатива укреплен поворотный столик 5 для установки исследуемой пластины.

Ниже располагается осветительная система 6, состоящая из двухлин-зового конденсора, поляризатора и зеркала.

Полученную коноскопическую фигуру можно рассматривать только при включенной линзе Бертрана, которая вместе с окуляром составляет микроскоп, сфокусированный на фокальную плоскость объектива.

Фокусировка изображения достигается перемещением линзы Бертрана вдоль тубуса при помощи кремальеры.

Содержание работы

1.  Изучить коноскопический метод ориентации одноосных кристал-лов.
2.  Определить ориентацию оптической оси в нескольких пластинах из кристаллического кварца относительно рабочих поверхностей.

Методические указания и порядок выполнения работы

1.  При вынутом окуляре 1 (см.рис.24) и выведенных анализаторе 3 и линзе Бертрана 2 заполнить светом выходной зрачок объектива подвижкой осветителя и наклоном зеркала микроскопа.
2.  Ввести анализатор и поворотом поляризатора 6 установить макси-мальное потемнение (скрещенное положение поляризатора и анализатора).
3.  Установить на столик микроскопа эталонную пластинку, предва-рительно нанеся на её рабочие грани иммерсию (керосин или смесь моно-бромонафталина с керосином), и наблюдать интерференционную картину в выходном зрачке окуляра.
4.  Ввести в ход лучей окуляр и линзу Бертрана и получить резкое и контрастное изображение интерференционной картины. Для этого либо уменьшают диафрагму линзы Бертрана, либо передвигают осветительную систему. Небольшим поворотом анализатора добиться наилучшей яркости интерференционной картины, а затем проверить отсутствие биения послед-ней вращением столика микроскопа с эталонной пластинкой.
5.  Снять эталонную пластину и последовательно устанавливать на столик микроскопа исследуемые пластинки, предварительно смазав иммер-сией поверхности, перпендикулярные оптической оси микроскопа. Наблю-дая интерференционные картины, сделать выводы об ориентации оптичес-кой оси в контролируемых образцах.

Биение интерференционной картины относительно центра поля зрения при вращении столика с пластинкой означает, что нижняя рабочая грань пластинки не перпендикулярна (непараллельна) оптической оси кристалла.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1.  Краткое описание коноскопического метода ориентации оптичес-кой оси одноосных кристаллов.
2.  Оптическую схему коноскопа.
3.  Интерференционные картины, полученные от исследованных кварцевых пластин.
4.  Выводы об ориентации оптической оси кристалла относительно рабочих поверхностей исследованных пластин.

Контрольные вопросы

1.  Назначение элементов поляризационного микроскопа.
2.  Причина появления креста в интерференционной картине одноос-ного кристалла, оптическая ось которого перпендикулярна его поверхности.
3.  Как будет выглядеть картина одноосного кристалла при больших углах между оптическими осями коноскопа и кристаллической пластины?
4.  Необходимость ориентирования оптической оси одноосного кристалла.

Литература

1.  Ландсберг Г.С. Оптика.- М.: Наука, 1976г.
2.  Нагибина И.М. Интерференция и дифракция света .- Л.:Машино-строение, 1974г..

PAGE  41

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8