Fale elektromagnetyczne

(istota światła)

•Długości fal elektromagnetycznych są zawarte w szerokim zakresiewartości, od 10-14m do tysięcy km. Wszystkie rodzaje fal mogą ulegać tłumieniu, odbiciu, załamaniu, ugięciu, dyspersji, interferencjii polaryzacji (fale poprzeczne). Ze zmniejszaniem się długości fal (wzrostem częstotliwości) fale stają się coraz bardziej „twarde”, wykazując w mniejszym stopniu cechy falowe, a w większym korpuskularne (dualizm falowo-korpuskularny). Widmo fal podzielono na pasma, których granice ustalono umownie lub według sposobu ich generacji. Tylko nieznaczna część widma jest wykrywana bezpośrednio przez zmysły człowieka. Wrażenia świetlne wywołują fale o długościach od około 0,4μ(fiolet) do około 0,76μ(czerwień/purpura), czyli zakres od 396,85 nmdo 760,82 nm.

•Jeśli światło zawiera fale o wszystkich długościach z widma widzialnego, to daje wrażenie światła białego. Światło białe można rozszczepić (dyspersja fal), np. za pomocą pryzmatu, na składowe o określonej długości fali, uzyskując światło monochromatyczne, stanowiące „wstęgę” barw od fioletu do czerwieni. Przykładem takiej dyspersji jest m.in. tęcza.

•Wrażenie światła na siatkówce oka powoduje wektor elektryczny fali elektromagnetycznej.

Odbicie i załamanie światła na granicy dwóch

ośrodków

•Bezwzględnym współczynnikiem załamania światła danego środowiska nazywamy stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w danym środowisku.

•Współczynnikiem załamania względnym nazywamy zwykle stosunek prędkości światła w powietrzu do prędkości światła w danym środowisku.

Liczbowo współczynnik załamania względny różni się od bezwzględnego dopiero w czwartym znaku po przecinku -bezwzględny współczynnik załamania światła powietrza wynosi 1,000294. Ta niewielka różnica jest pomijana w praktyce mineralogiczno-petrologicznej.

Niezależnie od wartości kąta padania , stosunek sinusa kąta padania do sinusa kata załamania jest wielkością stałą dla danych dwóch środowisk. Ten stosunek jest miarą współczynnika załamania środowiska II w stosunku do środowiska I (prawo SNELIUSA).

Odbicie i załamanie światła na granicy dwóch

ośrodków

•Przy przejściu światła monochromatycznego z jednego środowiska do drugiego nie zmienia się częstość drgań. Ponieważ jednak zmienia się prędkość fali, więc musi zmienić się również długość fali elektromagnetycznej !!! Zmniejszenie prędkości fali powoduje proporcjonalne zmniejszenie jej długości.

•Współczynnik załamania światła zatem może być także wyrażony przez porównanie długości fali świetlnej w środowisku wzorcowym (np. w próżni czy w powietrzu) z długością fali świetlnej w danym ośrodku).

•Optycznie gęstszym nazywa się środowisko o większym współczynniku załamania światła, a optycznie rzadszym -środowisko o mniejszym współczynniku załamania.

Odbicie i załamanie światła na granicy dwóch

ośrodków

•Współczynniki załamania światła większości ośrodków względem próżni lub powietrza są przeważnie większe od jedności !

•Minerały z wyjątkiem niektórych metali rodzimych (np. złoto, srebro), mają współczynniki załamania światła większe od jedności i zawierają się w przedziale 1,3 (np. lód) -3,0 (aurypigment). Większość ważnych skałotwórczo minerałów ma współczynniki załamania światła zawarte w przedziale 1,5 -1,8 (np. skalenie, kwarc, łyszczyki, węglany, amfibole, pirokseny, min. ilaste, chloryty, epidoty). Niektóre metale rodzime mają współczynniki załamania światła mniejsze od jedności (np. złoto rodzime nNa= 0,366, srebro rodzime nNa= 0,181, miedź rodzima nNa= 0,641).

•Współczynniki załamania światła są bardzo ważną, indywidualną cechą diagnostyczną poszczególnych substancji, w tym minerałów!

•Ponieważ prędkość rozchodzenia się fali zależy od długości fali,wartość współczynnika załamania zależy też od długości fali, przy czym zwykle dla świata fioletowego jest on wyższy niż dla światła czerwonego.ł

Całkowite wewnętrzne odbicie światła i kąt graniczny

•Jeśli na płaską granicę dwóch środowisk rzucamy od strony środowiska optycznie rzadszego wiązkę równoległych promieni świetlnych pod coraz to większym kątempadania α, to kąt załamania βrównieżodpowiednio sięzwiększa. Przy największym możliwym kącie padania równym 900promieńzałamany tworzy z normalnądo granicy dwóch środowisk największy możliwy kąt załamania dla danych dwóch środowisk. Kąt ten nazywamy kątem granicznym. Pomiar jego wartości metodąrefraktometrycznądaje wartośćwspółczynnika załamania światła środowiska drugiego (optycznie gęstszego).

•Odwrotnie zaś, jeśli promieńbiegnie ze środowiska optycznie gęstszego do optycznie rzadszego, to zwiększając stopniowo kąt padania βdo wartości kąta granicznego dochodzimy do maksymalnej wartości kąta załamania αrównej 900. Jeśli kąt padania βbędzie większy od kąta granicznego, to załamanie jużnie następuje -promienie nie przechodządo środowiska optycznie rzadszego, gdyżulegającałkowitemu wewnętrznemu odbiciu.Zjawisko to wykorzystuje sięrównieżdo pomiaru wartości współczynnika załamania światłametodąrefraktometrycznąoraz przy badaniuwspółczynnika załamania światłametodąBecke`go

Metody określania współczynnika załamania światła

Metody „względne” (porównawcze):

(wykonywane mikroskopowo przy zastosowaniujednego nikola!)

•Metoda mikroskopowa Becke`go(„smugi” Becke`go)

•Określanie charakteru reliefu i powierzchni „jaszczurowatej”

•Metoda mikroskopowa Schroedera vanDer Kolka

•Metoda mikroskopowa de Chaulnesa

Metody „bezwzględne”:

(wykonywane przy zastosowaniu specjalistycznych urządzeń)

•Metoda mikroskopowa immersyjna

•Oznaczanie współczynnika załamania światła refraktometrycznie przez pomiar kąta granicznego

•Metoda najmniejszego odchylenia w pryzmacie

•Metoda prostopadłego padania w pryzmacie

Własności optyczne kryształów

Podwójne załamanie światła w kryształach

•Kryształy należące do układu regularnego oraz ciała bezpostaciowe są optycznie izotropowe -prędkości promieni (i inne cechy fizyczne)

są w nich jednakowe we wszystkich kierunkach. Kierunki promieni są te same co kierunki odpowiednich fal (a ściśle -co kierunki normalnych czół fal). W kryształach tych zachodzi pojedyncze załamanie światła, zgodne z prawem SNELLIUSA.

•W kryształach należących do pozostałych układów zarówno prędkości promieni jak i inne cechy fizyczne są zależne od kierunku promieni. Kierunki fal są na ogół nieco różne od kierunków odpowiednich promieni. Kryształy takie nazywamy anizotropowymi (różnokierunkowymi). Obserwujemy w nich podwójne załamanie światła. Wiązka światła padającego na powierzchnię graniczną rozdziela się w krysztale na dwie wiązki odchylone niejednakowo od kierunku wiązki padającej i w ogólnym przypadku leżące w innej płaszczyźnie niż wiązka padająca i normalna (prosta prostopadła)do powierzchni granicznej środowisk. Podwójne załamanie zachodzi nieco inaczej w kryształach zwanych jednoosiowymi w stosunku do kryształów dwuosiowych.

Własności optyczne kryształów

Podwójne załamanie światła w kryształach

•Promień światła przechodzący przez kryształ jednoosiowy bez załamania nazywany promieniem zwyczajnym i oznaczamy go literą o (radiusordinarius).Promień ten podlega zwykłym prawom załamania światła ważnym dla środowisk izotropowych. Drugi promień, zbaczający od pierwotnego kierunku, oznaczamy literą e(radiusextraordinarius)i nazywamy go promieniem nadzwyczajnym. Nie podlega on zwykłym prawom załamania. Jest zawsze załamany w tzw. przekroju głównym, tj. w płaszczyźnie zawierającej kierunek promienia padającego i oś krystalograficznąz.

•W kryształach trygonalnych, tetragonalnych i heksagonalnych w kierunku osi krystalograficznejzpodwójne załamanie nie zachodzi! W kierunku tym, zwanym osią optyczną kryształupromienie zwyczajny i nadzwyczajny zbiegają się w jeden i mają jednakową prędkość. Są to kryształy jednoosiowe.W kryształach trójskośnych, jednoskośnych i rombowych są dwa takie kierunki, a kryształy te nazywamy dwuosiowymi.

•Zależność prędkości promieni od kierunku przedstawia tzw. powierzchnia prędkości promieni.

Własności optyczne kryształów

Podwójne załamanie światła w kryształach

•W kryształach optycznie anizotropowych należy odróżniać kierunekpromienia od kierunku odpowiadającej mu fali!

•Czołem fali nazywamy płaszczyznę styczną do powierzchni promieniw końcowym punkcie danego promienia. Kierunkiem przesuwania się czoła fali jest prosta prostopadła (normalna) do czoła fali.

•W kryształach optycznie izotropowych prędkość promienia jest równa prędkości przesuwania się czoła fali.

•W kryształach optycznie anizotropowych jednoosiowych jedna z powierzchni prędkości promieni jest kulą a druga -elipsoidą obrotową. W kryształach dwuosiowych obydwie powierzchnie prędkości promieni nie są kulami. Dlatego w przypadku ogólnym kierunek promienia nie pokrywa się w nich z kierunkiem normalnej do czoła fali. W kryształach anizotropowych inna jest prędkość promienia a inna prędkość czoła fali należącej do tego promienia.

•Współczynniki załamania światła odnoszą się w kryształach nie dopromieni, lecz do czoła fali. (Zależność n = sinα/sinß= V0/V odnosi się w kryształach anizotropowych nie do prędkości promieni, lecz do prędkości czoła fali).

Własności optyczne kryształów

Podwójne załamanie światła w kryształach

•Zjawiska załamania światła można zobrazować konstrukcją HUYGHENSA. Gdy wiązka światła dochodzi do powierzchni ciała optycznie izotropowego, każdy punkt tej powierzchni staje się (w myśl zasady HUYGHENSA) nowym źródłem światła, wysyłającego we wszystkich kierunkach kuliste fale cząstkowe. Płaszczyzna styczna do fal cząstkowych jest czołem fali załamanej.

•Czoło fali AB (płaszczyzna prostopadła do kierunku wiązki) padana granicę dwóch środowisk. Jeśli kąt padania jest α, to równieżkąt nachylenia czoła fali AB w stosunku do granicy dwóch środowisk jest α. Zaburzenie świetlne dochodzi najpierw do punktu A, a następnie kolejno do punktów E, F i D, które stająsięźródłami fal kulistych. Zanim czoło fali AB dojdzie z punktu B do D, fala cząstkowa wychodząca z punktu A dojdzie do powierzchni kuli o promieniu AC. Stosunek odcinków BD/AC jest równy współczynnikowi załamania światła, gdyżodcinki te sąproporcjonalne do prędkości fal. Jeśli z punktu D poprowadzimy płaszczyznęstycznąDC do powierzchni fal cząstkowych, to otrzymamy czoło fali załamanej w krysztale.

•Korzystając z konstrukcji HUYGHENSA można wykazać różnicę między kierunkiem promienia a kierunkiem czoła fali w kryształach anizotropowych.

Własności optyczne kryształów

Podwójne załamanie światła w kryształach

•Promień padający na granicę dwóch środowisk oraz promień odbity i normalna czoła fali załamanej leżą w płaszczyźnie padania. Z tego względu do wszystkich obliczeń z dziedziny optyki kryształów najlepiej nadają się prędkości fal, a szczególnie współczynniki załamania, które są do nich odwrotnie proporcjonalne i które możemy oznaczać eksperymentalnie.

•Posługując się dwupowłokowąpowierzchnią prędkości promieni możemy zobrazować konstrukcją HUYGHENSA podwójne załamanie światła w krysztale kalcytu w przypadku, gdy wiązka promieni równoległych pada prostopadle na ścianę romboedru. Załóżmy, że przekrój główny zawierający oś optyczną jest zgodny z płaszczyzną rysunku (ekranu), a oś optyczna ma kierunek K1K2. Z punktów B rozchodzsię promienie z prędkościami zobrazowanymi przez dwupowłokowepowierzchnie p.p. Czoła fal promieni zwyczajnych i nadzwyczajnych uzyskujemy zgodnie z zasadami poznanymi wcześniej. Mimo, że kierunki promieni załamanych są różne, to kierunek czół odpowiadających im fal jest taki sam, a co więcej -jest on zgodny z kierunkiem wiązki padającej prostopadle do ściany kryształu. Między jednym a drugim czołem fali, mającymi różne prędkości, powstaje jednak różnica dróg, co ma podstawowe znaczenie dla zjawiska interferencji.

Polaryzacja światła

•Polaryzacja światła polega na częściowym lub całkowitym uporządkowaniu kierunków drgań fali świetlnej.

•Polaryzacja światła może zachodzić:

-przy odbiciu i załamaniu na granicy dwu ośrodków,

-w związku z przechodzeniem przez ośrodki optycznie anizotropowe (podwójne załamanie światła, absorpcja),

-wskutek rozpraszania światła na małych cząstkach (np. pył międzygwiezdny powoduje polaryzację światła gwiazd).

-przy zastosowaniu specjalnych urządzeń, zwanych polaroidami.

Podwójnemu załamaniu światła w krysztale towarzyszy zawsze zjawisko polaryzacji.

Polaryzacja światła zachodząca w kryształach

•Podwójnemu załamaniu światła w kryształach zawsze towarzyszy zjawisko polaryzacji.

•W kryształach optycznie jednoosiowych drgania świetlne należące do promienia nadzwyczajnego zachodzą zawsze w przekroju głównym, to jest w płaszczyźnie zawierającej oś optyczną, a drgania świetlne należące do promieni zwyczajnych są zawsze prostopadłe do przekrojów głównych.

•Drgania świetlne należące do promienia zwyczajnego (poziome kreski na rysunku) zachodzą w przekroju głównym, zawierającym kierunek osi optycznej OO, przy czym kierunek drgań jest prostopadły nie do promienia, lecz do normalnej czoła fali. Zatem drgania te są równolegle do czoła fali promieni nadzwyczajnych. Drgania świetlne należące do promieni zwyczajnych, prostopadłe do płaszczyzny drgań promieni nadzwyczajnych, są zawsze prostopadłe do kierunku promieni zwyczajnych, gdyż normalna do czoła fali promieni zwyczajnych zlewa się z kierunkiem promienia.

Polaryzacja światła zachodząca w kryształach

•W przypadku, gdy wiązka promieni biegnie w kierunku osi optycznej, nie ulega ona rozszczepieniu na dwie wiązki i nie zostaje przez kryształ spolaryzowana. Wiemy, że promień nadzwyczajny jest zawsze spolaryzowany w przekroju głównym. Dla kierunku osi optycznej możemy poprowadzić nieskończoną liczbę przekrojów głównych, zawierających oś optyczną. W każdej płaszczyźnie tych przekrojów może odbywać siędrganie świetlne promieni nadzwyczajnych. Ponieważ liczba tych przekrojów, a więc azymutów drgań jest nieskończenie wielka, zatem promienie nadzwyczajne biegnące w kierunku osi optycznej nie są spolaryzowane. Drgania świetlne promieni zwyczajnych prostopadłedo drgań promieni nadzwyczajnych zachodzą wobec tego również w dowolnych azymutach. Ponieważ oba promienie mają w kierunku osi optycznej jednakową prędkość i oba nie są spolaryzowane, przeto nie różnią się zupełnie między sobą. Kierunek ten jest optycznie izotropowypodobnie jak każdy dowolny kierunek w szkle, wodzie lub innych substancjach bezpostaciowych.

•Oś optyczną w minerałach nazywamy wobec tego również osią izotropii !!!

Obrazowanie właściwości optycznych kryształów

Powierzchnie dwupowłokowe

Stan optyczny kryształu charakteryzuje:

•1). Prędkość promienia światła w różnych kierunkach,

•2). Prędkość czoła fali światła w różnych kierunkach,

•3). Wartość współczynników załamania światła w różnych kierunkach.

•W kryształach optycznie izotropowych(substancje bezpostaciowe i układ regularny) wszystkie te wartości są niezależne od kierunku. W kryształach optycznie anizotropowych(pozostałe układy krystalo-graficzne) główne parametry optyczne zależą od kierunku, w jakim przemieszcza się światło przez kryształ.

•Stan optyczny kryształu można odwzorować geometrycznie za pomocą powierzchni jedno-i dwupowłokowychlub algebraicznie za pomocą odpowiednich, często zawiłych równań i funkcji. W praktyce posługujemy się odwzorowaniami geometrycznymi, szczególnie jednopowłokowymi.

Obrazowanie właściwości optycznych kryształów

Dwupowłokowapowierzchnia prędkości promieni

•Dla kryształów anizotropowychpowierzchnia prędkości promieni jest dwupowłokowa, gdyż -z wyjątkiem kierunku osi optycznej -w każdym innym kierunku prędkość obu promieni jest różna. W kryształach jednoosiowychpowłoka obrazująca prędkość promienia zwyczajnego oma kształt kuli, ponieważ nie zależy od kierunku. Powłoka obrazująca prędkość promienia nadzwyczajnego ejest elipsoidą obrotową wpisaną do -lub opisaną na tej kuli. Kierunek łączący punkty styczności obu powłok jest kierunkiem osi optycznej, który w kryształach jednoosiowych zawsze pokrywa się z kierunkiem osi krystalograficznej Z. Największą różnicprędkości wykazują promienie biegnące prostopadle do osi optycznej. W zależności od stosunków prędkości promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego wyróżnia się:ę

1). Kryształy jednoosiowe dodatnie, gdy e<o(elipsoida obrotowa wpisana w kulę).

2). Kryształy jednoosiowe ujemne, gdy e>o(elipsoida obrotowa opisana na kuli).

Powierzchnie obrazujące własności optyczne

kryształów anizotropowych jednoosiowych

•1). Dwupowłokowapowierzchnia prędkości promieni

•2). Dwupowłokowapowierzchnia prędkości fali (czoła fali)

•3). Dwupowłokowapowierzchnia współczynnikowa

----------------------------------------------------------------------------------------------

Ad 2). Prędkość promienia nadzwyczajnego jest w ogólnym przypadku inna niż prędkość czoła fali należącej do tego promienia. Jedna z powłok powierzchni wyrażającej prędkość czoła fali jest kulą, zaś druga powłoka jest tzw. owaloidąobrotową (bryła podobna do „wybrzuszonej” elipsoidy).

Dwupowłokowąpowierzchnię prędkości fali otrzymujemy z dwupowłokowejpowierzchni prędkości promieni przez tzw. konstrukcję spodkową.

Konstrukcja „spodkowa”

•Prędkość promienia nadzwyczajnego jest w ogólnym przypadku inna niż prędkość czoła fali należącej do tego promienia.Jeśli promień wychodzący z punktu O, to jest ze środka elipsoidy wyrażającej prędkość promienia nadzwyczajnego dobiegnie do punktu F, leżącego na powierzchni prędkości promieni, to czoło fali należące do tego promienia dojdzie z punktu O do punktu N. Odcinek OF wyraża prędkość promienia, a odcinek ON -prędkość czoła fali odpowiadającej temu promieniowi. Punkt N nazywamy spodkiemnormalnej ON do czoła fali BB. Punkt F leży na powierzchni prędkości promieni, natomiast punkt N nie leży na tej powierzchni, lecz jest jednym z punktów określających powierzchnię prędkości fali.

•Miejscem geometrycznymspodków normalnych do czoła fal, odpowiadających wszystkim promieniom, jest powierzchnia prędkości fali. Aby ją uzyskać należy poprowadzić płaszczyzny styczne do wszystkich punktów elipsoidy wyrażającej prędkości promieni i opuścić ze środka elipsoidy prostopadłe do wszystkich tych płaszczyzn stycznych. Miejsce geometryczne punktów przecięcia normalnych z płaszczyznami stycznymi tworzy powierzchnię prędkości fali (a ściśle -czoła fali).

Powierzchnie obrazujące własności optyczne

kryształów anizotropowych jednoosiowych

•1). Dwupowłokowapowierzchnia prędkości promieni.

•2). Dwupowłokowapowierzchnia prędkości fali (czoła fali).

•3). Dwupowłokowapowierzchnia współczynnikowa.

Ad 3). Współczynniki załamania światła w środowiskach optycznie anizotropowych odnoszą się nie do promieni, lecz do czoła fali. Wartość współczynnika załamania światła jest odwrotnie proporcjonalna doprędkości czoła fali. W kryształach jednoosiowych współczynnik załamania fali zwyczajnej oznaczamy nω, a współczynnik załamania fali nadzwyczajnej oznaczamy ε. n

Powierzchnia dwupowłokowawspółczynnikowa ma kształt kuli i elipsoidy obrotowej. Kula jest zawsze nakreślona promieniem nω, gdyż wartość współczynnika załamania promieni zwyczajnych jest niezalena od kierunku. Półosią elipsoidy obrotowej jest wektor nω, a wektor nεjest do niego prostopadły. Obie powierzchnie stykają się w dwóch punktach określających kierunek osi optycznej.

Obrazowanie właściwości optycznych kryształów

Dwupowłokowapowierzchnia współczynnikowa

•W kryształach anizotropowych jednoosiowych współczynniki załamania światła odnoszą się do czoła fal wytworzonych podwójnym załamaniem i są odwrotnie proporcjonalne do ich prędkości. Obrazem graficznym wartości współczynnika załamania światła fali zwyczajnej jest kula, a fali nadzwyczajnej -elipsoida obrotowa. Tu również występują różnice między powierzchniami kryształów dodatnich a ujemnych (dodatnie: nε>nω, czyli nε-nω>0, ujemne: nε<nω, czyli nε-nω<0 ).

(Jeśli e < o, to nε> nωi kryształjest optycznie dodatni. Jeśli e > o, to nε< nωi wówczas kryształjest optycznie ujemny).

Powierzchnie obrazujące własności optyczne

kryształów anizotropowych jednoosiowych

Powierzchnie jednopowłokowe

•Dwupowłokowepowierzchnie pozwalają orientować się łatwo co do wielkości współczynników załamania światła, prędkości promieni iprędkości fal w dowolnym kierunku.

•W sposób geometrycznie prostszy jednak można wyrażać właściwości optyczne kryształów optycznie anizotropowych powierzchniami jednopowłokowymi, a mianowicie: elipsoidą współczynnikowązwaną indykatrysą, elipsoidą prędkości promienizwaną inaczej elipsoidą FRESNELAi owaloidą prędkości fali.

•Każda z tych powierzchni, chociaż jest jednopowłokowa, wyraża dla dowolnego kierunku dwie wartości: współczynników załamania, prędkości promieni lub prędkości fal.

•Aby znaleźć te wartości należy do jednopowłokowychpowierzchni zastosować tzw. konstrukcję FRESNELA.

Powierzchnie obrazujące własności optyczne

kryształów anizotropowych jednoosiowych

Powierzchnie jednopowłokowe

INDYKATRYSA -jednopowłokowapowierzchnia współczynnikowa:

Indykatrysa kryształów jednoosioowychma kształt elipsoidy obrotowej. W kierunku osi optycznej leży wektor nε,a nωjest wektorem do niej prostopadłym. Oś obrotu elipsoidy jest zgodna z osią optycznąkryształu i z osią krystalograficzną Z.

Za pomocą „konstrukcji FRESNELA”można określić wartości współczynników załamania w dowolnym kierunku.

Miarą współczynników załamania dwóch fal biegnących w kierunku OS są półosie elipsy otrzymanej z przekroju elipsoidy (indykatrysy) płaszczyzną prostopadłą do kierunku OS. Półosie elipsy określają jednocześnie kierunki drgań promienia zwyczajnego nωi nadzwyczajnego nε. Drgania świetlne promienia nadzwyczajnego zachodzą w przekroju głównym zawierającym oś optyczną.

Przykładowo:jeśli fale biegną w kierunku OS prostopadłym do osi obrotu elipsoidy, to półosiami eliptycznego przekroju prostopadłego do kierunku OS są wektory nεi nω, przy czym dla tego kierunku nεma wartość skrajną (dla kryształów optycznie ujemnych -najmniejszą, a dla dodatnich -największą). Drgania świetlne należące do promieni nadzwyczajnych są zgodne z kierunkiem osi optycznej, a drgania świetlne promieni zwyczajnych są określone przez kierunek wektora nω

Obrazowanie właściwości optycznych kryształów

Powierzchnie dwupowłokowe

KRYSZTAŁY DWUOSIOWE:

•W kryształach dwuosiowych oba promienie mają właściwości promienia nadzwyczajnego i prędkość zależną od kierunku ich biegu w krysztale. Powłoki obrazujące prędkość każdego z promieni załamanych w krysztale dwuosiowym optycznie nie są kulą, lecz elipsoidą. Przenikając się wzajemnie, tworzą skomplikowaną i trudną do graficznego przedstawienia bryłę. Podobnie -obie powłoki obrazujące prędkości czoła fali należących do powstałych w wyniku podwójnego załamania promieni mają kształt owaloid obrotowych trudny do przedstawienia graficznego.

Powierzchnie obrazujące własności optyczne

kryształów anizotropowych dwuoosiowych

•W kryształach optycznie dwuosiowych nie można wyróżnić promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego -obydwa promienie zachowują się tak jak promienie nadzwyczajne w kryształach jednoosiowych, to jest ich prędkość (i inne cechy fizyczne) jestzależna od kierunku.

•Powierzchnie dwupowłokowesą bardzo skomplikowane i trudne do przedstawienia graficznego -żadna z powłok nie jest kulą! Dogodniej jest rozpatrywać własności optyczne kryształów dwuosiowych posługując się powierzchniami jednopowłokowymi, a przede wszystkim indykatrysą,gdyż ta określa jednocześnie wartości współczynników załamania i kierunki drgań. Kierunki drgań świetlnych w kryształach dwuosiowych, podobnie jak w jednoosiowych, są prostopadłe do normalnych czoła fali.

INDYKTARYSA KRYSZTAŁÓW DWUOSIOWYCH

(jednopowłokowapowierzchnia współczynnikowa)

•Indykatrysa kryształów dwuosiowych ma kształt elipsoidy trójosiowej, to znaczy elipsoidy zbudowanej na trzech względem siebie prostopadłych wektorach o różnej długości. Oznaczamy przez nγ-wektor wyrażający największą możliwą wartość współczynnika załamania w krysztale, a przez nα-wektor odpowiadający najmniejszej wartości współczynnika załamania. Wektor nßma wartość pośrednią i jest zwany optyczną normalną, bowiem jest prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez nγi nα.W myśl reguły FRESNELA fale biegnące w kierunku nßmają współczynniki załamania nαi nγ. Podobnie współczynniki załamania w kierunku nαsą nßi nγ, a w kierunku nγsą nαi nß. Największą dwójłomność w krysztale Δ= nγ-nαwykazuje wiązka biegnąca w kierunku nß.

•Obecność dwóch osi optycznych wynika z istnienia dwóch przekrojów kołowych w elipsoidzie trójosiowej. Kierunki osi optycznych są prostopadłe do tych przekrojów. Współczynnik załamania fali biegnącej w kierunku osi optycznej ma wartość nß.

INDYKTARYSA KRYSZTAŁÓW DWUOSIOWYCH

(jednopowłokowapowierzchnia współczynnikowa)

•Osie optyczne znajdują się w płaszczyźnie określonej przez położenie dwóch wektorów nαi nγ. Nazywamy ją płaszczyzną osi optycznych. Wektor nßprostopadły do niej nazywamy optyczną normalną. Wektory nαi nγsą dwusiecznymi kątów utworzonych między osiami optycznymi. Pierwszą dwusiecznąnazywamy wektor dzielący na połowę kąt ostry między osiami, drugą dwusiecznąwektor dzielący na połowę kąt rozwarty między osiami.

•Kryształy optycznie dwuosiowe dzielimy na dwie grupy -optycznie dodatnich (+)i optycznie ujemnych (-).W kryształach optycznie dodatnich pierwszą dwusieczną jest wektor nγ, a w optycznie ujemnych -pierwszą dwusieczną jest wektor nα.

Położenie głównych wektorów optycznych względem kierunków krystalograficznych w poszczególnych układach

•Elipsoida współczynnikowa (indykatrysa) dla kryształów optyczniedwuosiowych jest zbudowana z trzech wektorów optycznych nα,nßi nγ. Wektory te są dwukrotnymi osiami symetrii elipsoidy, a płaszczyzny utworzone przez pary tych wektorów są płaszczyznami symetrii elipsoidy.

•W kryształach rombowychtrzy osie symetrii (dwukrotne) kryształu względem siebie prostopadłe zgodne z kierunkami osi krystalograficznych x, y, z-zlewają się zawsze z trzema kierunkami wektorów nα,nßinγ, a płaszczyzny symetrii kryształu zlewają się z płaszczyznami symetrii elipsoidy. Daje to sześć możliwych ustawień indykatrysy, zależnie od tego, który wektor leży w kierunku której osi. Z tego zaś wynika, że płaszczyzną osi optycznych musi być jedna ześcian (100), (010), lub (001).

Położenie głównych wektorów optycznych względem kierunków krystalograficznych w poszczególnych układach

•W kryształach jednoskośnychtylko jeden wektor (nα, nßlub nγ) leżący w kierunku osi ymusi zlewać się z osią dwukrotną kryształu lub musi być prostopadły do płaszczyzny symetrii kryształu. Pozostałe dwa wektory leżą w płaszczyźnie wyznaczonej przez osiekrystalograficzne x, z, czyli w płaszczyźnie (010)prostopadłej do osi y. Dwa kierunki optyczne leżące w płaszczyźnie (010)nie zlewają się z kierunkami osi krystalograficznych. W kryształach jednoskośnychelementy symetrii kryształu zlewają się z odpowiednimi dwoma elementami symetrii elipsoidy, a pozostałe cztery elementy symetrii elipsoidy nie znajdują odpowiedników w symetrii kryształu. Płaszczyzna osi optycznychjest albo zgodna z płaszczyzną symetrii kryształu, albo do niej prostopadła.

Położenie głównych wektorów optycznych względem kierunków krystalograficznych w poszczególnych układach

•W kryształach trójskośnychnie ma osi ani płaszczyzn symetrii, wobec tego położenie elipsoidy współczynnikowej jest niezależne od kierunków osi krystalograficznych, lecz dla poszczególnych substancji ściśle określone. Trzy kąty między osiami krystalograficznymi są na ogół różne od 900. Trzy wektory optyczne nα , nßi nγ, względem siebie prostopadłe, nie zlewają się z kierunkami osi krystalograficznych.

•W kryształach regularnych trzykierunki prostopadłe do ścian sześcianu są fizycznie jednakowe. Zatem w elipsoidzie optycznej,przystosowanej do tych warunków symetryczności, zrównają się trzy osie względem siebie prostopadłe -elipsoida przechodzi w kulę. Pod względem zjawisk optycznych kryształy regularne są izotropowe.

Położenie głównych wektorów optycznych względem kierunków krystalograficznych w poszczególnych układach

•Wkryształach heksagonalnych, trygonalnych i tetragonalnych kierunek osi obrotu elipsoidy, czyli kierunek osi optycznej, jest zawsze zgodny z kierunkiem osi krystalograficznej z, gdyż kierunkowi temu odpowiada oś symetrii o najwyższej krotności.

•Symetryczność zjawisk optycznych w kryształach jest daleko większa niż symetryczność wzrostu ścian (tworzenie się postaci krystalograficznych. I w układach heksagonalnym, trygonalnym i tetragonalnym elipsoida obrotowa ma symetrię o wiele wyższą od symetrii geometryczno-krystalograficznej. Zawsze we wszystkich kierunkach krystalograficznie równych, to jest w kierunkach prostopadłych do wszystkich ścian, będących wzajemnym powtórzeniem symetrycznym (należących do jednej postaci krystalograficznej), właściwości optyczne kryształu są jednakowe.

INDYKTARYSA KRYSZTAŁÓW DWUOSIOWYCH

(jednopowłokowapowierzchnia współczynnikowa)

•Indykatrysakryształów dwuosiowychma kształt elipsoidy trójosiowej, to znaczy elipsoidy zbudowanej na trzech względem siebie prostopadłych wektorach o różnej długości. Oznaczamy przez nγ-wektor wyrażający największą możliwą wartość współczynnika załamania w krysztale, a przez nα-wektor odpowiadający najmniejszej wartości współczynnika załamania. Wektor nßma wartość pośrednią i jest zwany optyczną normalną, bowiem jest prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez nγi nα.W myśl reguły FRESNELA fale biegnące w kierunku nßmają współczynniki załamania nαi nγ. Podobnie współczynniki załamania w kierunku nαsą nßi nγ, a w kierunku nγsą nαi nß. Największą dwójłomność w krysztale Δ= nγ-nαwykazuje wiązka biegnąca w kierunku nß.

•Obecność dwóch osi optycznych wynika z istnienia dwóch przekrojów kołowych w elipsoidzie trójosiowej. Kierunki osi optycznych są prostopadłe do tych przekrojów. Współczynnik załamania fali biegnącej w kierunku osi optycznej ma wartość nß.

(jednopowłokowapowierzchnia współczynnikowa)

•Osie optyczne znajdują się w płaszczyźnie określonej przez położenie dwóch wektorów nαi nγ. Nazywamy ją płaszczyzną osi optycznych. Wektor nßprostopadły do niej nazywamy optyczną normalną. Wektory nαi nγsą dwusiecznymi kątów utworzonych między osiami optycznymi. Pierwszą dwusieczną nazywamy wektor dzielący na połowę kąt ostry między osiami, drugą dwusieczną wektor dzielący na połowę kąt rozwarty między osiami.

•Kryształy optycznie dwuosiowe dzielimy na dwie grupy -optycznie dodatnich (+)i optycznie ujemnych (-).W kryształach optycznie dodatnich pierwszą dwusieczną jest wektor nγ, a w optycznie ujemnych -pierwszą dwusieczną jest wektor nα.

Polaryzacja światła

Otrzymywanie światła spolaryzowanego liniowo

•Polaryzacja światła polega na częściowym lub całkowitym uporządkowaniu kierunków drgań fali świetlnej.

•Polaryzacja światła może zachodzić:

-przy odbiciu i załamaniu na granicy dwu ośrodków,

-w związku z przechodzeniem przez ośrodki optycznie anizotropowe (podwójne załamanie światła, absorpcja),

-wskutek rozpraszania światła na małych cząstkach (np. pył międzygwiezdny powoduje polaryzację światła gwiazd).

-przy zastosowaniu specjalnych urządzeń, zwanych polaroidami.

Polaryzacja światła

Otrzymywanie światła spolaryzowanego liniowo•Pryzmat NICOLA•Selektywne pochłanianie światła w płytkach turmalinowych•Polaroidy•Polaryzacja światła przez odbicie i załamanie

Badania mikroskopowe w świetle równoległym spolaryzowanym liniowo (badania ortoskopowe)

1 nikol:

Współczynniki załamania światła

Barwy własne

Barwy pleochroiczne(ustalanie schematu pleochroizmu)

Pokrój kryształu, łupliwość, wrostki, niektóre przeobrażenia, etc.

Nikole X (skrzyżowane):

Barwy interferencyjne (dwójłomność)

Wygaszanie/znikanie światła (pomiar kąta wygaszania światła)

Ustalanie orientacji optycznej kryształów

Badania zbliźniaczeńkryształów

Rozpoznawanie niektórych przeobrażeń

Badania przy zastosowaniu płytek pomocniczych

Badania mikroskopowe w świetle równoległym

spolaryzowanym liniowo

Pleochoroizm

•Pleochoroizm(wielobarwność)-jest to właściwość pochłaniania różnych długości fal świetlnych w zależności od kierunku drgań tych fal (jednemu azymutowi drgań odpowiada pochłanianie przez kryształ fali o innej długości niż drugiemu azymutowi drgań prostopadłemu do poprzedniego).

•W kryształach optycznie jednoosiowych występują dwie główne barwy pleochroiczne, odpowiadające dwom falom -zwyczajnej i nadzwyczajnej.

•Kryształy optycznie dwuosiowe wykazują trzy główne barwy pleochroiczne, odpowiadające wektorom nα, nßinγelipsoidy współczynnikowej. Oznacza to, że falom biegnącym na przykład w kierunku wektora nßodpowiadają (w myśl reguły FRESNELA) współczynniki załamania nαi nγoraz barwy pleochroiczneodnoszące się do azymutów drgań tych fal.

Badania mikroskopowe w świetle równoległym

spolaryzowanym liniowo

Barwy interferencyjne

•Fale powstałe w wyniku podwójnego załamania przechodzą przez płytkę krystaliczną drgając w dwóch azymutach względem siebie prostopadłych. Każdemu z tych azymutów drgań odpowiada inny współczynnik załamania światła, a więc inna prędkość fali. Wobec tego powstaje różnica dróg między dwoma falami.

•Różnicą dróg nazywamy odległość pomiędzy dwoma punktami wykazującymi tę samą fazę drgań, przy czym jeden punkt odnosi się do jednego czoła fali a drugi -do drugiego.

•Różnica dróg jest proporcjonalna do grubości płytki i jest zależna od dwójłomności, czyli od różnicy współczynników załamania światła.

Zatem:Γ= d (nγ΄-nα΄)

gdzie:Γ-różnica dróg wyrażona w μμ,d-grubość płytki krystalicznej,

(nγ΄-nα΄) -dwójłomność danej płytki (kryształu),

nγ΄-większy współcz. załam., nα΄-mniejszy współcz. załam.

Badania mikroskopowe w świetle równoległym

spolaryzowanym liniowo

Barwy interferencyjne

•Chociaż obie fale po przejściu przez kryształ wykazują różnicę dróg, to jednak ze sobą nie interferują, gdyż kierunki drgań tych fal są względem siebie prostopadłe. Natomiast, jeśli do tubusamikroskopu wsuniemy analizator, to sprowadza on drgania obydwu fal do jednego azymutu i w płaszczyźnie drgań górnego nikolazachodzi interferencja.

•Przy nikolach skrzyżowanych różnicy dróg wynoszącej całkowitą wielokrotność długości fali odpowiada wygaszenie tej fali, a różnicy dróg wynoszącej nieparzystą wielokrotność połowy długości fali odpowiada wzmocnienie.

•Przy nikolach równoległych zasada jest odwrotna. (Zwykle obserwujemy zjawisko interferencji przy nikolach skrzyżowanych!)

•Płytki wycięte z kryształów optycznie izotropowych nie wykazują barw interferencyjnych (podobnie jak płytki anizotropowe wycięteprostopadle do osi optycznej -tu dwójłomność wynosi 0).

Badania mikroskopowe w świetle równoległym

spolaryzowanym liniowo

Barwy interferencyjne

Przez stopniowe wsuwanie między skrzyżowane nikole klina kwarcowego(w tzw. położeniu przekątnym, czyli pod kątem 450w stosunku do kierunków drgań nikoli) obserwujemy zmianę barwy interferencyjnej z powoduzmiany różnicy dróg. Ściany klina mają nachylenie około 0,50, oś optyczna kwarcu (nε) leży w poprzek wydłużenia klina, a wektor nω-w kierunku jego wydłużenia. Fale przechodzą przez klin prostopadle do osi optycznej, czyli w kierunku największej dwójłomności.

W miarę wsuwania klina stopniowo zwiększa się jego grubość, a przez to zwiększa się różnica dróg. Dzięki temu obserwujemy stopniową zmianę barw interferencyjnych od bardzo niskich (czarnych) przez fioletowe, błękitne, zielone, żółte, czerwone do coraz to wyższych -aż do tzw. barw białych pierwszego rzędu. Kolejność barw powtarza się kilka razy, dając tzw. rzędy barw -aż do barw białych wysokiego rzędu. Kolejność barw uzyskana w ten sposób jest odwzorowana na tzw. skali barw. Po jej wyskalowaniu otrzymujemy wykres Michel-Levy`ego, przedstawiający związek między dwójłomnością, grubością płytki i powstającą różnicą dróg.

Płytki o barwach czułych (pomocnicze)

•Płytkami o barwach czułych (płytkami pomocniczymi) nazywamy cienkie płytki wycięte z kwarcu, gipsu lub miki, dające między skrzyżowanymi nikolami określone barwy interferencyjne. Za ich pomocą można oznaczyć orientację optyczną kryształów (kierunki drgań fal w kryształach, który kierunek drgań odpowiada fali szybszej a który -wolniejszej, przez co określamy też względne wartości współczynników załamania światła). Ponadto płytki pomagają określić charakter optyczny kryształów (znak optyczny, wydłużenie, etc.). Płytki pomocnicze wsuwa się w specjalną szczelinę w tubusie mikroskopu, umieszczoną nieco ponad obiektywem, pod kątem 45 w stosunku do kierunków drgań nikoli (tzw. położenie przekątne).

•Jedną z płytek pomocniczych jest omówiony poprzednioklin kwarcowy klin kwarcowy.

•Dwie inne, najczęściej używane płytki pomocnicze, noszą nazwę gipsówki i ćwierćfalówki (mikówki). Gipsówka:grubość -0,056 mm; różnica dróg -550 μμ; barwa interferencyjna -czerwona pierwszego rzędu; dłuższej krawędzi odpowiada wektor nα.

•Ćwierćfalówka (mikówka):-różnica dróg -150 μμ, co odpowiada ¼ długości światła żółtego (stąd nazwa); barwa interferencyjna -szara pierwszego rzędu; dłuższej krawędzi odpowiada wektor nß, zaś krótszej -wektor nγ..

Badania mikroskopowe w świetle równoległym spolaryzowanym liniowo

•Pomiar dwójłomności

Do ścisłego pomiaru dwójłomności kryształu, czyli do określenia różnicy współczynników załamania dwóch fal przechodzących przez kryształ, służą przyrządy zwane kompensatorami. Pozwalają one mierzyróżnicę dróg, jaką wytwarza płytka krystaliczna. Ponieważ ć

Γ= d (nγ΄-nα΄), przeto do obliczenia dwójłomności kryształu potrzebna jest znajomość grubości płytki krystalicznej.

Mierzenie grubości płytek krystalicznych

-metoda bezpośrednia przy użyciu okularu z wycechowaną podziałką,

-metoda przy zastosowaniu wykresu MICHEL LEVY`EGO

•Kompensator BEREKA

•Kompensator obrotowy NIKITINA

•Kompensator BABINETA

•Oznaczanie wartości głównych współczynników załamania światła w kryształach optycznie anizotropowych.

Badania mikroskopowe w świetle zbieżnym spolaryzowanym liniowo (badania konoskopowe)

Uwaga:badania konoskopowe wykonuje się tylko przy nikolach skrzyżowanych (nikole X) i przy dużych powiększeniach (min. 40x). Niezbędne jest też zastosowanie dwóch dodatkowych soczewek:

1). Soczewki Lasaulx-wsuwanej nad polaryzator (pod stolik obrotowy mikroskopu).

2). Soczewki Bertranda-Amiciego-wsuwanej do tubusamikroskopu nad analizator.

Głównym celem badań konoskopowych jest ustalenie ilości osi optycznych kryształu, jego znaku optycznego, orientacji optycznej, niektórych anomalii optycznych, przybliżonego kąta osi optycznych oraz sposobu, w jakipłytka krystaliczna jest wycięta w stosunku do kierunków głównych wektorów optycznych.

W badaniach konoskopowych nie widzimy obrazu samego kryształu, lecz charakterystyczne dla niego „figury interferencyjne”.

Badania mikroskopowe w świetle zbieżnym spolaryzowanym liniowo (badania konoskopowe)

•Figury interferencyjne powstają wskutek tego, że długość drogi, jaką przebiega światło w płytce, zależy od kąta nachylenia fali oraz od zmieniającej się równocześnie dwójłomności. Gdy płytka jest płaskorównoległa, to przy użyciu światła równoległego (badania ortoskopowe)wykazuje ona tylko jedną barwę interferencyjną. Przy użyciu światła zbieżnego (badania konoskopowe)powstają figury interferencyjne, składające się z szeregu różnobarwnych krzywych, przy czym każda krzywa odpowiada pewnej określonej różnicy dróg.

•Krzywe ciągłe o jednej barwie interferencyjnej nazywamy krzywymi izochromatycznymi.Są one miejscem geometrycznym punktów odpowiadających wiązkom wykazującym jednakową różnicę dróg.

•Widoczne równocześnie ciemne krzywe zwane izogiramisą miejscem geometrycznym punktów odpowiadających wiązkom mającym kierunki drgań zgodne z przekrojami głównymi skrzyżowanych nikoli.

Badania konoskopowe

•Rozpatrując zjawisko interferencji zachodzącej w świetle zbieżnym dogodnie jest posługiwać się tzw. powierzchnią izochromatyczną. Z punktu Oleżącego wewnątrz kryształu rozchodzą się w każdym kierunku po dwie fale z różną prędkością (z wyj. kierunku osi optycznej). Fale zwyczajne i nadzwyczajne biegnące w kierunku prostopadłym do osi optycznej nabywają znaczną różnicę dróg λjuż po przebyciu stos. niewielkiej grubości płytki, gdyż w tym kierunku jest największa dwójłomność. W innych kierunkach odcinki wyrażające odległość od punktu Opunktów wykazujących taka samą różnicę dróg λsą większe, a w kierunkach niewiele odchylonych od kierunku osi optycznej -nieskończenie wielkie. W różnych kierunkach odkładamy odcinki, których końce odpowiadają punktom wykazującym te samą różnicę dróg.

•Powierzchnia izochromatycznajest to miejsce geometryczne punktów odpowiadających końcom tych odcinków, czyli jest to powierzchnia, której wszystkie punkty odpowiadają tej samej różnicy dróg.

•Mając układ powierzchni izochromatycznychmożna otrzymać kształt krzywych izochromatycznych dla każdej płytki wyciętej dowolnie wstosunku do kierunku osi optycznej, stosując coś w rodzaju konstrukcji FRESNELA.

Badania konoskopowe

•W myśl reguły FRESNELA kierunki drgań fal nadzwyczajnych zachodzą w przekrojach głównych, to jest w płaszczyznach zawierających oś optyczną a kierunki drgań fal zwyczajnych są prostopadłe do poprzednich. Rzutując kierunki drgań z powierzchni indykatrysy na powierzchnię kuli, otrzymujemy zespół kół wielkich południkowych, wyrażających kierunki drgań fal nadzwyczajnych i zespół kół małych równoleżnikowych wykazującychkierunki drgań fal zwyczajnych.

•Skiodromemnazywamy ortogonalny rzut tych linii na płaszczyznę.

•Za pomocą skiodromułatwo jest określić jaki kształt będą miały izogirydowolnego kryształu. Na skiodromnakładamy przezroczystą kalkę z narysowaną na niej kratką. Linie kratki wyrażają kierunki drgań nikoli. Kształt izogiryjest określony przez zbiór punktów, w których linie kratki zlewają się z liniami wyrażającymi kierunki drgań promieni przechodzących przez kryształ.

•Jeżeli otrzymane na tej drodze izogirynałożymy na krzywe izochromatyczne otrzymane z przekroju powierzchni izochromatycznych, to uzyskamy przez tę konstrukcję schemat obrazu interferencyjnego dla danego przekroju płytki krystalicznej.

Obrazy interferencyjne w spolaryzowanym świetle zbieżnym (badania konoskopowe)

•Płytka kryształu jednoosiowego wycięta prostopadle do osi optycznej w świetle równoległym (badanie ortoskopowe) nie daje barwy interferencyjnej (nie wykazuje rozjaśnienia), gdyż w kierunku osi optycznej kryształ jest optycznie izotropowy. Ta sama płytka w w świetle zbieżnym (badanie konoskopowe) daje charakterystyczny obraz interferencyjny, złożony z czarnego krzyża izogiri współśrodkowych, koncentrycznych, barwnych kół (krzywych izochromatycznych).Obraz jest ciemny w środku pola widzenia, gdyż punkt środkowy odpowiada wiązce biegnącej w kierunku osi optycznej. Fale nachylone jednakowo względem tej osi mają jednakową różnicę dróg i dlatego krzywe izochromatyczne mają w tym przekroju kształt kół. Pierwszemu z kół (najbliższemu środka obrazu) odpowiada różnica dróg λ, drugiemu 2λ, trzeciemu 3λ, itd. Punktom coraz bardziej oddalonym od środka obrazu odpowiadają fale coraz więcej odchylone od osi optycznej. Kierunkom tym odpowiada coraz większa dwójłomność i coraz większa różnica dróg. Stąd przy użyciu światła białego porządek barw pierścieni od środka na zewnątrz jest ten sam co w klinie kwarcowym. Liczba pierścieni zależy od różnicy dróg, czyli od dwójłomności i grubości płytki.

Badania konoskopowe: określanie charakteru optycznego kryształów w świetle zbieżnym

•Charakter optyczny kryształów w świetle zbieżnym można oznaczać przy pomocy płytek pomocniczych(gipsówki, ćwierćfalówki, klina kwarcowego lub mikowego) oraz kompensatorami obrotowymi Berekalub Nikitina. Po wsunięciu tych płytek w szczelinę tubusamikroskopu zmieniają się barwy interferencyjne badanych płytek -inaczej dla kryształów optycznie dodatnich niż dla ujemnych.

•Charakter optyczny kryształówoptycznie jednoosiowych można określić najłatwiej w przekrojach prostopadłych do osi optycznej. Ciemne ramiona krzyża izogirdzielą pole widzenia na cztery ćwiartki, oznaczone umownie cyframi rzymskimi I, II, III i IV. Ćwiartki I i III nazywamy dodatnimi, a II i IV -ujemnymi.

•Płytki pomocnicze wsuwamy w szczelinę tubusaw kierunku ćwiartek ujemnych. Kierunki drgań fal przechodzących przez płytki pomocnicze tworzą z przekrojami głównymi nikoli kąty 450. W tym położeniu zachodzą najsilniejsze reakcje optyczne, polegające na podwyższeniu lub obniżeniu barw interferencyjnych, zależnie od znaku optycznego badanego kryształu.

•Najczęściej stosowanymi płytkami pomocniczymi są gipsówka i klin kwarcowy.

Badania mikroskopowe w świetle równoległym spolaryzowanym liniowo (badania ortoskopowe)

1 nikol:

Współczynniki załamania światła

Barwy własne

Barwy pleochroiczne(ewent. ustalanie schematu pleochroizmu)

Pokrój kryształu, łupliwość, wrostki, etc.

Nikole X (skrzyżowane):

Barwy interferencyjne (dwójłomność)

Wygaszanie światła (ewent. pomiar kąta wygaszania światła)

Badania przy zastosowaniu płytek pomocniczych

Ustalanie orientacji optycznej kryształów

Badania w świetle spolaryzowanym zbieżnym (badania konoskopowe):-ustalanie ilości osi optycznych i znaku optycznego

Zmiana właściwości optycznych kryształów w zależności od zmiany długości fali świetlnej

•Dyspersjąnazywamy w optyce zmianę właściwości optycznych w zależności od częstości drgań fali świetlnej, to jest od barwy światła użytego do badania (no i oczywiście od długości fali światła).

•Kryształy regularne wykazują wyłącznie dyspersję współczynników załamania światła.

•W kryształach optycznie jednoosiowych ze zmianą długości fali zmieniają się również współczynniki załamania nεi nω.Mamy tu do czynienia nie tylko z dyspersją współczynników , ale również z dyspersją różnicy współczynników, czyli z dyspersją dwójłomności.

•W kryształach optycznie dwuosiowych zmieniają się jednocześnie wartości trzech głównych współczynników załamania nα, nßi nγ. W związku z tym zmienia się dwójłomność (nγ-nα, nγ-nß, nß-nα), kształt indykatrysy i kąt między osiami optycznymi. Zmianę kąta między osiami optycznymi w zależności od długości fali nazywamy dyspersją kata osi optycznych.

Kryształy optycznie czynne

•Kryształami optycznie czynnyminazywamy kryształy skręcające płaszczyznę drgań świetlnych światła spolaryzowanego przechodzącego przez kryształ.

•Właściwość tę wykrył ARAGO już w 1811 roku w kryształach kwarcu. Płytka kwarcu wycięta prostopadle do osi optycznej nie powinna rozjaśniać światła, gdyż jest to przekrój optycznej izotropii. Tymczasem niektóre kryształy kwarcu rozjaśniają pole widzenia nawet w tym szczególnym przekroju, przy czym rozjaśnienie utrzymuje się cały czas podczas obrotu stolika mikroskopu z płytką o 3600. Jest ono spowodowane tym, że płaszczyzna drgań światła spolaryzowanego, wychodzące z płytki kwarcowej, jest skręcone o pewien kąt αw stosunku do płaszczyzny drgań światła spolaryzowanego, padającego na płytkę. Kąt skręcenia αjest zależny od długości użytego światła i jest proporcjonalny do grubości płytki. Dwie enancjomorficzneodmiany kwarcu -prawa i lewa, skręcają płaszczyznę polaryzacji odpowiednio -w prawo i w lewo.

---