Pomiary peryskopowe

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest przedstawienie podstawowych pojęć z zakresu elastooptyki oraz zapoznanie z budową i zasadą dzaiłania polaryskopu Senarmonte'a.

2. Wiadomości wstępne.

Światło naturalne ( niespolaryzowane ) jest mieszaniną fal o różnych płaszczyznach polaryzacji i o zmiennych w czasie , względnych przesunięciach fazowych.

Do otrzymywania światła spolaryzowanego stosuje się urządzenia zwane polaryzatorami. Obecnie najczęściej stosuje się do tego celu polaroidy. Są to folie zawierające uporządkowane przewodzące mikrokryształy. Polaroid można traktować jako zbiór drucików , rozmieszczonych w niewielkich odległościach. Tak więc polaroid przepuści składową pola elektrycznego równoległą do łańcuchów mikrokryształów , a pochłonie składową prostopadłą do łańcuchów.

W ośrodkach anizotropowych prędkość światła zależy od kierunku. Efekt ten występuje w większości kryształów. Takie kryształy nazywamy dwójłomnymi. Wiązka światła , biegnąc w ośrodku dwójłomnym , rozdziela się na dwie wiązki spolaryzowane w kierunkach wzajemnie prostopadłych. Wiązki te poruszają się z różnymi prędkościami fazowymi. Związaną z tymi prędkościami różnicę współczynników załamania Δn :

Δn = nw - ns

nazywamy dwójłomnością , gdzie nw - współczynnik załamania wiązki wolniejszej , ns - współczynnik załamania wiązki szybszej.

P - płytka dwójłomna ; R - róznica dróg optycznych ; Σo - fala płaska ; Σw,Σs - powierzchnie falowe

Wartość dwójłomności w krysztale dwójłomnym zależy od kierunku. Kierunek , dla którego zjawisko nie występuje nazywa się osią optyczną. Istnieją kryształy jedno- i dwuosiowe. Ogólnie biorąc , jeżeli na drodze promienia świetlnego reprezentującego płaską powierzchnię falową umieścimy płytkę dwójłomną , to na wyjściu otrzymamy dwie powierzchnie falowe oddalone o pewną odległość :

R = ( nw - ns ) d. Wielkośc R nazywamy różnicą dróg optycznych.

Zjawisko dwójłomności może wystąpić w ciałach izotropowych pod wpływem czynników zewnętrznych : pola elektrycznego , magnetycznego lub przyłożonych sił. Mówimy wtedy o dwójłomności wymuszonej.

Polaryskop liniowy składa się ze źródła światła Z , polaryzatora P , badanego modelu M , analizatora A i filtru F. Rolę receptora najczęściej pełni oko ludzkie O. Polaryzator i analizator przepuszczają światło spolaryzowane liniowo w jednej płaszcyźnie. Filtr służy do " wycięcia " z widma światła białego wąskiego widma. Polaryzator jest ustawiony poziomo , a analizator pionowo. Układ ten nazywa się krzyżem polaryzacyjnym.

Powyżej opisany polaryskop zaopatrzony dodatkowo w płytke dającą przesunięcie fazy równe 90° ( R = λ / 4 ) , pozwala na pomiary różnicy dróg optycznych. Układ ten nazywa się polaryskopem z kompensatorem Senarmonte'a , a dodatkowa płytka nazywa się ćwierćfalówką.

3. Przebieg pomiarów.

Pomiar małych dróg optycznych ( R < λ ) w modelach jednorodnych :

- skrzyżować polaryzator i analizator ,

- wprowadzić w układ polaryskopu badany model i obrócić go tak , aby uzyskać maksymalne zaciemnienie,

- obrócić model o kąt 45°,

- między model a analizator wprowadzić ćwierćfalówkę tak , aby nie rozjaśniała ona pola poza modelem ,

- wprowadzić filtr czerwony o λ = 640 nm ,

- obrócić analizator o taki kąt γ , aby uzyskać zaciemnienie w obszarze modelu ,

- obliczyć różnicę dróg optycznych ze wzoru :

.

Grubość badanego przez nas kryształu miki wynosiła : d = ( 0,027 ± 0,002 ) mm.

Długość fali filtru : λ = 640 nm.

LP.	γ [ ° ]	R [ nm ]
1.	30	106,66
2.	29,7	105,60
3.	29,4	104,53

4. Uwagi i wnioski.

- Pomiary polegały głównie na obserwacji zjawiska dwójłomności , więc bezcelowa jest dyskusja błędów.

-Zjawisko dwójłomności znalazło szerokie zastosowanie w mechanice do badań modelowych. Wykorzystuje się tu dwójłomność wywołaną naprężeniami.

- Różnicę dróg potycznych możemy wyznaczać także subiektywnie na podstawie oceniania barwy przy skrzyżowanych polaroidach.

---