42265

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ В ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛАХ КОНОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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...

Русский

2013-10-28

4.42 MB

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  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76437. Органы, осуществляющие защиту прав и интересов детей и способы устройства детей, оставшихся без попечения родителей 14.2 KB
  Защиту прав и интересов таких детей осуществляют специально уполномоченные государством органы опеки и попечительства. Эти органы ведут учет детей оставшихся без попечения родителей; исходя из конкретных обстоятельств утраты попечения родителей избирают формы их устройства; осуществляют последующий контроль за условиями их содержания воспитания и образования ст. Для своевременного выявления таких детей закон возлагает на должностных лиц учреждений которые непосредственно соприкасаются с детьми детских садов школ детских поликлиник и т.
76438. Усыновление. Понятие, значение, порядок усыновления 16.4 KB
  Понятие значение порядок усыновления Усыновление представляет собой правовой институт призванный создать между усыновителем и усыновленным отношения наиболее близкие к тем которые возникают между родителями и родными детьми. Усыновление или удочерение далее усыновление является приоритетной формой устройства детей оставшихся без попечения родителей п. Усыновление допускается в отношении несовершеннолетних детей и только в их интересах с соблюдением требований абзаца третьего пункта 1 статьи 123 СК РФ а также с учетом возможностей...
76439. Дети, подлежащие усыновлению. Лица которые могут быть усыновителями 20.88 KB
  Поэтому при усыновлении ребенка должны учитываться его этническое происхождение; принадлежность к определенной религии и культуре родной язык возможность обеспечения преемственности в воспитании и образовании а также возможность обеспечить усыновляемым детям полноценное физическое психическое духовное и нравственное развитие п. 124 СК закреплено правило согласно которому усыновление братьев и сестер разными лицами не допускается так как при усыновлении прекращаются правоотношения ребенка не только с родителями но и с другими...
76440. Условия усыновления 18.15 KB
  129 СК специально оговорено что при усыновлении ребенка несовершеннолетних родителей которые не достигли возраста шестнадцати лет требуется также согласие их родителей или опекунов попечителей а при отсутствии родителей или опекунов попечителей согласие органа опеки и попечительства. Если законные представители несовершеннолетних родителей не выразили согласия на усыновление ребенка то усыновление не может состояться...
76441. Тайна усыновления и меры по ее обеспечению 13.95 KB
  Тайна усыновления ребенка должна соблюдаться лишь по желанию усыновителей что главным образом касается случаев усыновления малолетних детей новорожденных детей и иных случаев когда целесообразность обеспечения тайны усыновления не вызывает сомнений. Иногда усыновители по какимлибо причинам педагогического морального или иного свойства не считают нужным сохранять тайну усыновления и не скрывают от ребенка факта его усыновления. Таким образом тайна усыновления охраняется законом но не всегда является обязательным элементом любого...
76442. Правовые последствия усыновления 15.11 KB
  Если ребенок имеет кровного родителя и усыновлен одним лицом другого пола При усыновлении ребенка не всегда разрываются все его связи с кровными родственниками например мать ребенка вступила в новый брак и ребенка усыновил отчим. Однако закон сохраняет право родителя ребенка на сохранение правовых отношений с ним не только для тех случаях когда ребенка усыновил отчим мачеха а для всех случаев когда ребенок усыновлен только одним лицом и при этом ребенок имеет кровного родителя другого пола чем усыновитель. Закон формулирует это...
76443. Отмена усыновления ребенка 15.27 KB
  Однако могут быть и другие ситуации например не сложились семейные родственные отношения усыновителя и ребенка или тяжелая болезнь усыновителя и т. Во всех случаях суд тщательно изучает все обстоятельства конкретного дела и вправе отменить усыновление ребенка исходя из его интересов и с учетом его мнения п. Порядок отмены усыновления Отмена усыновления ребенка производится в судебном порядке п.
76444. Правовые последствия отмены усыновления 13.52 KB
  При отсутствии родителей а также если передача ребенка родителям противоречит его интересам ребенок передается на попечение органа опеки и попечительства. Изменение имени отчества или фамилии ребенка достигшего возраста десяти лет возможно только с его согласия. Суд исходя из интересов ребенка вправе обязать бывшего усыновителя выплачивать средства на содержание ребенка.
76445. Опека и попечительства как форма семейного воспитания детей 16.24 KB
  Опекун попечитель назначается органом опеки и попечительства №48ФЗ от 24. В соответствии с Семейным и Гражданским кодексами РФ дети находящиеся под опекой попечительством имеют право на: воспитание в семье опекуна попечителя заботу с их стороны; совместное с ним проживание исключения допускаются с разрешения органа опеки и попечительства когда подопечный достиг возраста 16 лет и раздельное проживание не отразится неблагоприятно на его воспитании и защите прав и интересов; обеспечение условий для содержания воспитания...