Поляризационно-интерференционный микроскоп BIOLAR
(Техническое описание и инструкция по эксплуатации)

← Ранее: Раздел 6. Измерение коэффициента преломления и толщины.

Далее: Раздел 8. Измерение светопропускания →

Раздел 7 ИЗМЕРЕНИЕ ДВУПРЕЛОМЛЕНИЯ

1. Измерение в поле интерференционных полос (призма № 2)
2. Измерение в однородном поле (призма № 1 и 3)

1. ИЗМЕРЕНИЕ В ПОЛЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОЛОС (ПРИЗМА № 2)

Рассмотрим плоскопараллельную удваивающую плитку произвольной формы, вырезанную параллельно оптической оси (рис. 35).

Такая плитка, рассматриваемая в поляризационно-интерференционном микроскопе в поле с интерференционными полосами ведет себя совершенно иначе чем изотропная плитка. Основная разница выступает в нераздвоенной части изображения. Плоскопараллельная изотропная плитка не вызывает в этой части изображения никаких изменений в характере интерференционного поля, напротив двупреломляющая плитка будет вести себя таким образом только в том случае, когда направление её оптической оси будет составлять угол 45° с направлением интерференционных полос (рис. 36).

Таких положений плитки имеется четыре. При поворачивании микроскопного столика вместе с плиткой на полных 360° эта ситуация повторяется каждые 90°.

Измеряя при одной из таких установок угол β между направлением интерференционных полос и любой гранью плитки, можно определить направление световых колебаний в двупреломляющей плитке (это направление оптической оси и направленно к ней перпендикулярное). При каждом ином положении плитки в нераздвоеиной области изображения выступает смещение интерференционных полос, причем, если направление оптической оси в плитке является перпендикулярным или параллельным направлению интерференционных полос (рис. 37), то контрастность отклоненных полос максимальна. Отклоненные полосы в нераздвоенном изображении ничем не отличаются от соответствующих полос в остальной части поля зрения.

Благодаря этому становится возможным легко определить направление оптической оси в двупреломляющих объектах. Удобно при этом пользоваться белым светом. Поступают при этом таким образом, что поворачивая столик микроскопа, устанавливают исследуемый объект так, чтобы отклоненные полосы в неразделенной области изображения этого объекта получили максимальную четкость и такую же окраску как соответстврющие полосы в поле зрения.

Если исследуемый объект является, например, двупреломляюще положительным (ne>n0) и полосы отклоняются в правую сторону (рис. 37а), то направление оптической оси в этом объекте перпендикулярно к направлению интерференционных полос. Наоборот, если полосы отклоняются в левую сторону, то направление оптической оси в исследуемом объекте параллельно направлению интерференционных полос (рис. 37b). Для отрицательного двупреломления (ne

Устанавливая двупреломляющую плитку так, чтобы ось была направлена перпендикулярно или параллельно направлению её интерференционных полос (рис. 37) и измеряя при одном из этих положений величину отклонения от темной нулевой полосы, а также зная толщину t можно затем определить двупреломляемость ne—n0 исследуемой плитки из следующей формулы:

где n0 и ne является, соответственно, обыкновенным и необыкновенным коэффициентом преломления, t — толщиной плитки, h' — расстоянием между полосами, λ — длиной волны примененного света.

Разность оптического пути δ, вызываемую двупреломлением можно также определить методом поперечного перемещения двупреломляющей призмы. С этой целью, двупреломляющую призму, дающую поле с интерференционными полосами, устанавливаем в такое положение р0, чтобы темная нулевая полоса в поле зрения пересекала по прямой линии какое-нибудь определенное место В изображения исследуемого объекта (рис. 38а), а затем, передвигая двупреломляющую призму, устанавливаем её в такое положение р1, при котором через выбранное место В проходит та же самая интерференционная полоса (рис. 38b).

Разность оптического пути δ вычисляется по формуле:

причем h является действительным расстоянием между полосами для двупреломляющей призмы (табл. II, призма № 2). Этот способ позволяет измерять очень большие разности в длине оптического пути δ (до 20 λ) и точностью порядка λ/20.

Коэффициент преломления, обыкновенный п0 и необыкновенный ne, определяем, устанавливая плитку таким образом, чтобы направление её оптической оси один раз было параллельным, а другой раз перпендикулярным к направлению световых колебаний в поляризаторе (рис. 39).

Измеряя в обоих случаях отклонение d нулевой полосы в раздвоенной части изображения, вычисляем разность оптического пути Ф для обыкновенного или необыкновенного луча по формуле:

Зная толщину t плитки в месте измерения разности оптического пути Ф, можно затем определить ntl или тг, по формуле:

где n является коэффициентом преломления среды, окружающей плитку, n_oe — коэффициентом преломления для обыкновенного или необыкновенного луча. Производя измерение разности оптического пути Ф в двух средах с известными коэффициентами преломления n1 и n2 можно одновременно определить коэффициент преломления n0 и ne а также толщину t.

В случае, если двупреломляющая плитка, оптически неактивная, будет вырезана перпендикулярно к оптической оси, то она будет поступать также как и изотропная плитка — в этом случае можно производить измерения только обыкновенного коэффициента преломления п0. Наоборот, тонкая двупреломляющая плитка, вырезанная наискосок по отношению к оптической оси, будет поступать подобным образом как двупреломляющая плитка, вырезанная параллельно оптической оси с той разницей, что двупреломление такой плитки будет меньше, так как коэффициент преломления для необыкновенного луча пе будет иметь в этом случае экстремистского значения.

2. ИЗМЕРЕНИЕ В ОДНОРОДНОМ ПОЛЕ (ПРИЗМА № 1 и 3)

В случае, если двупреломляющая плитка, вырезанная параллельно оптической оси, установлена таким образом, что направление её оптической оси является параллельным или перпендикулярным к направлению световых колебаний в поляризаторе, то в нераздвоенном изображении этой плитки не происходит никакого изменения окраски фона поля зрения.

Следовательно, во время полного оборота столика четыре раза выступает такое положение, когда двупреломляющая плитка в нераздвоенной области изображения принимает такую же окраску и фон поля зрения.

Эти положения называются положениями погасания.

При любой иной установке плитки, не совпадающей с положением погасания, изображение плитки принимает иной цвет (или яркость, если применяется монохроматический свет), причем то же самое изменение цвета во время полного оборота столика выступает четыре раза. Если однако двупреломляющую плитку, от любого положения погасания, повернуть вместе со столиком микроскопа на 45° в одном или другом направлении, то затем, передвигая двупреломляющую призму в поперечном направлении в одну или другую сторону (в зависимости от того, является ли оптическая ось плитки перпендикулярной или параллельной преломляющей грани двупреломляющей призмы), можно цвет в изображении плитки привести к любой исходной окраске фона поля зрения.

Абсолютное значение разности положений р0 и p1 двупреломляющей призмы, при которых фон поля зрения, а затем нераздвоенпое изображение двупреломляющей плитки, принимают тот же самый цвет, является мерой двупреломлеиия ne—n0 исследуемой плитки:

где t является толщиной плитки.

При помощи дифференциальной призмы № 1 этим методом можно измерять только двупреломление, тогда как при помощи призмы № 3, дающей большое раздвоение изображений, можно производить измерения как двупреломлеиия так и обыкновенного и необыкновенного коэффициента преломления.

Измерение этих коэффициентов преломления производится в раздвоенной части изображения, устанавливая двупреломляющую плитку в двух смежных положениях гашения. Поступают при этом подобным образом как при вышеописанном измерении для изотропных объектов.

Двупреломляющая плитка, оптически неактивная, вырезанная перпендикулярно к оптической оси, в однородном интерференциальном поле ведет себя как изотропная плитка, тогда как тонкая плитка, вырезанная наискось по отношению к оптической оси — так, как плитка, вырезанная параллельно оси.

 

← Ранее: Раздел 6. Измерение коэффициента преломления и толщины.

Далее: Раздел 8. Измерение светопропускания →