Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




25.09.2019


14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019





Яндекс.Метрика
         » » Интерференционные фигуры оптически одноосных кристаллов

Интерференционные фигуры оптически одноосных кристаллов

28.11.2017

Результаты прохождения лучей через кристалл можно наблюдать при помощи специальной установки поляризационного микроскопа одновременно по различным направлениям. Для ряда оптических разрезов через кристаллы различных веществ получаются при этом чрезвычайно характерные фигуры, которые дают возможность судить о деталях оптических свойств кристаллов и одновременно облегчают, ускоряют и уточняют определение самих минералов.

Обычно пропускается через препарат сходящийся в виде конуса пучок плоскополяризованных лучей, прошедших через поляризатор; они проходят тем более широким пучком через препарат, чем больше апертура, т. е. оптическое отверстие объектна, чем меньше фокусное расстояние линзы конденсатора, помещенной под поляризатором.
Для получения так называемых интерференционных фигур в сходящемся свете и изучения их поступают следующим образом. Найдя при налом увеличении и несколько опущенном конденсаторе подходящий для изучения его в сходящемся свете разрез, заменяют малое увеличение большим (объективы, смотря по фирме, изготовившей микроскоп, № 6, 7, реже другие) и проверяют центрировку микроскопа. После этого подымают конденсатор вместе с поляризатором так, чтобы конденсатор возможно ближе подошел к нижней поверхности предметного стекла.

Далее применяют один из следующих способов, основанных на том, что на пути лучей, проходящих через микроскоп, фигуры в сходящемся свете, как видно из рисунков, наблюдаются в нескольких местах поля зрения, в зависимости от направления через кристалл. Схема расположения частей микроскопа и интерференционной фигуры изображена на рис. 64, где К — конденсатор, P — шлиф, Об — линза объектива, RS — первая интерференционная фигура, R'S' — вторая интерференционная фигура, получающаяся в верхнем конце тубуса, повернутая сравнительно с первой на 180°.

1. Метод Лазо. Вынимают окуляр, тогда над поверхностью объектива появляется маленькая, но очень отчетливая интерференционная фигура R'S', для которой характерно то, что она не перевернута, но имеет то же расположение оптических осей, что и в самом минерале; система: глаз — объектив. Чтобы видеть эту фигуру в самых мелких разрезах минералов, в конец тубуса вместо окуляра вставляется диафрагма с узким центральным отверстием.

2. Метод с линзой Бертрана. Оставляют окуляр и вдвигают в тубус или при помощи рукоятки наверху тубуса помещают поперек оси микроскопа линзу Бертрана. Система: глаз — окуляр — линза Бертрана — объектив. Получается более раоплывчатая, чем при применении метода Лазо, но сильно увеличенная интерференционная фигура R"S", имеющая обратное положение, сравнительно с той, которая видна при применении метода Лазо (повернута на 180°). Линза Бертрана может быть применена лишь в случае, если минерал занимает более или менее значительную часть поля зрения( почти все поле зрения при сильных увеличениях). В противном случае соседние минералы сильно нарушают ясность получаемой фигуры, или она даже совершенно не видна. Чтобы можно было получить отчетливую фигуру, линза Бертрана часто снабжена специальной диафрагмой.

3. Метод Клейна заключается в том, что на окуляр, имеющий внутри ирисовую диафрагму, накладывают специальную трубку с лупой; получается увеличенное изображение той особенно малой интерференционной фигуры, которая видна простым глазом, если несколько поднять глаз над окуляром. Благодаря диафрагме получаем отчетливую фигуру и от весьма малых разрезов минералов.

4. Метод Джогансена и Н.Е. Веденеевой заключается в том, что под препарат помещают листок бумаги, на поверхность шлифа кладут целлоидиновую пленку в специальной обойме; на целлоидиновой пленке наклеены мелкие стеклянные шарики. Оставив малое или среднее увеличение, которое обычно применяется при исследовании минералов в параллельном свете, находят го зерно, для которого желательно получить фигуру в сходящемся свете; передвигают целлоидиновую пленку до тех пор, пока какой-либо из стеклянных шариков не покроет изучаемый разрез минерала; приподымают конденсатор; подымают, не вынимая окуляра и при том же объективе, тубус микроскопа, пока не будет достаточно хорошо видна фигура в сходящемся свете.

Для вывода интерференционных фигур служат следующие разрезы:

Разрезы, перпендикулярные к оптической оси. Оптическая индикатриса разрезана по круговому сечению.

В каждом оптически одноосном кристалле различают прежде всего направления колебаний.

Плоскость, в которой находятся одновременно луч, проходящий через кристалл, и оптическая ось, или ось вращения оптической индикатрисы, носит название главной оптической плоскости.

Лучи обыкновенный и необыкновенный, как мы видели раньше, колеблются таким образом: луч обыкновенный в эллиптическом разрезе оптической индикатрисы колеблется по той оси эллипса, которая перпендикулярна к оптической оси, следовательно луч обыкновенный всегда колеблется перпендикулярно к главной оптической плоскости, луч необыкновенный колеблется перпендикулярно к этому направлению, т. е. в главной оптической плоскости.

Если посмотреть на поле зрения микроскопа, перпендикулярное к оси микроскопа и в то же время к оптической оси, то для любой точки поля зрения можно найти направления колебаний лучей обыкновенного и необыкновенного.

Эти направления можно начертить в поле зрения следующим образом: оптическая ось выходит в центре поля зрения и проектируется в нем в виде точки: главные оптические плоскости проектируются в виде радиусов, исходящих из центра поля зрения. Направления проекций колебаний в каждой точке поля зрения находят путем проведения радиусов через место выхода луча; линия радиуса будет давать направление проекций колебаний луча необыкновенного, направление перпендикулярное — направление колебании луча обыкновенного.
Пропуская сходящийся пучок лучей определенной длины волны через пластинку, вырезанную перпендикулярно к оптической оси, можно видеть, что через центр поля зрения проходят лучи, идущие параллельно оптической оси; в этом месте между скрещенными николями получается темное пятно (рис. 65 а).

Все лучи, образующие одинаковые углы с оптической осью, должны давать некоторую одинаковую разность хода; эта разность тем больше, чем больше угол между оптической осью и этими лучами; она увеличивается благодаря тому, что: 1) увеличивается разница между Ng1 и Np1 по мере увеличения угла между лучом и оптической осью и 2) увеличивается путь, проходимый лучом по кристаллу. Соединив лучи, образующие одинаковые углы с оптической осью, общей поверхностью, получаем поверхность конуса; лучи, образующие его, дают одинаковую разность хода. Такая поверхность (рис. 65 b) носит название поверхности равного хода.

Сечения таких конусов полем зрения имеют форму кругов, следовательно, на некотором расстоянии от центра поля зрения будут получаться круги с одинаковой разностью хода, тем большей, чем больше радиус этих кругов.

При скрещенных николях в монохроматическом свете наблюдается погасание лучей в тех местах, где разность хода равна Л, 2Лб 3Л..., вообще 2nЛ/2 усиление там, где разность хода равна 1/2Л, 3/2Л, 5/2Л, (2n-1)Л/2.

В результате подучается ряд концентрических черных и светлых колец (рис. 65 с).

Эти кольца не будут по всей своей окружности одинаково освещены.

В тех точках окружностей, где направления колебаний параллельны и перпендикулярны к сечениям николей, наблюдается темнота. По мере удаления от этих точек по кругу просветление колец усиливается, и наибольшей яркости кольцо достигает в тех точках, где колебания лучей в поле зрения образуют угол 45° с сечениями николей. В результате получается черный крест, пересекающий светлыеи черные кольца, причем балки креста параллельны сечениям николей, или, что то же, нитям в окуляре.

Такого рода фигура носит название интерференционной фигуры оптически одноосных кристаллов.

В том случае, когда через препарат пропускается белый свет, наблюдается то же чередование интерференционных окрасок, которое мы видели в кварцевом клине; начиная от центра поля зрения, видна смена круг за кругом интерференционных окрасок, — от наиболее низких до все более и более высоких; следовательно, в поле зрения получается интерференционная фигура, состоящая из ряда изохроматических, т. е. одинаково окрашенных, колец, пересеченных черным крестом (рис. 66).
При параллельных николях подучаются белый крест и изохроматические кольца, окрашенные в цвета, дополнительные к тем, которые наблюдаются при скрещенных николях. Фигуры в сходящемся свете зависят от фокусных расстояний объективов (апертуры), т. е. от того, каким объективом мы пользуемся: чем больше увеличение объектива, тем больше колец видно в поле зрения микроскопа.

Вывести фигуру в разрезах, перпендикулярных к оптической оси, возможно и иным путем, предложенным венским петрографом Бекке, именно при помощи скиодром. Представим себе внутри кристалла шаровую поверхность, на которую нанесены следы пересечения ее главными оптическими плоскостями. Касательные к этим линиям будут направления колебаний лучей необыкновенных, когда они лежат в плоскости главного оптического сечения; линии перпендикулярные соответствуют направлениям колебаний лучей обыкновенных.

Нанеся на шаровую поверхность меридианы, изображающие круговые сечения, соответствующие главным оптическим плоскостям, и широтные круги, к ним перпендикулярные, в месте пересечения шаровой поверхности радиусом. получаем две взаимно перпендикулярные окружности, касательные к которым и будут направлениями колебаний лучей обыкновенного и необыкновенного.

Широтные и меридиональные круги проектируются на ортогональную проекцию. На плоскость, перпендикулярную оптической оси (горизонтальную), из каждой точки, нанесенной на шаровой поверхности, опускают перпендикуляры.
Меридиональные круги на плоскости проекции, перпендикулярной к оптической оси, получаются в виде радиусов, широтные круги в виде кругов, пересекающих радиусы под прямыми углами. Такого рода линии носят название скиодром (рис. 67).

Если построим такую проекцию скиодром в поле зрения микроскопа, то для каждой точки поля зрения найдем направление колебаний лучей; именно в каждой данной точке поля зрения лучи необыкновенные колеблются по радиусу, тучи обыкновенные — по касательным к круговым сечениям.

В том случае, когда из одного и того же минерала вырезаны две пластинки разной толщины, получаются изохроматические кольца того же цвета и порядка — в более тонкой большего диаметра, чем в более толстой. Объясняется это тем, что луч, идущий под данным углом к оптической оси, приобретает в месте выхода, из пластинки тем большую разность хода, чем больший путь он проходит, согласно формуле
где d — меняющаяся толщина пластинки;

Ng—Ne — постоянная для данного круга сила двупреломления.

Если сравниваем фигуры в двух минералах с разной силой двупреломления в пластинках одинаковой толщины, исходя из той же формулы R = Ng-Np/d, можно сделать вывод, что тем меньше будет диаметр изохроматического кольца, чем больше при одной и той же толщине будет сила двупреломления этих минералов.

Так, например, при одной и той же толщине пластинки у кварца с Ng — Np = 0,009 изохроматические кольца будут обладать большим диаметром и выходить за пределы поля зрения микроскопа (рис. 68 а), в то время как у циркона с Ng—Nр = 0,040 те же кольца будут иметь меньший диаметр и будут видны в толе зрения (рис. 68с). В более толстых пластинках те же кольца имеют меньший диаметр, чем в тонких, и видны в поле зрения как у кварца (рис. 68b), так и у циркона (рис. 68d).
Необходимо иметь в виду, что в случае очень малой силы двупреломления минерала можно увидеть фигуру, обратную той, которая должна была бы получиться, и тем самым можно ошибочно определить знак минерала. Эта ошибка связана со свойствами объектива микроскопа и случается редко.

Нередко выгодно использовать толстые шлифы, так как в таком случае интерференционные фигуры выступают особенно отчетливо; это имеет большое значение для учебных целей. Чем меньше апертура объектива, т. е. чем больше его фокусное расстояние и меньше увеличение, тем меньшим углом обладает улавливаемый конус лучей и одновременно при том же виде поля зрения интерференционная фигура благодаря применению линзы Бертрана становится крупнее и отчетливее.

При той толщине шлифа, которая по большей части применяется во время петрографических исследований горных пород, именно около 0,03 мм, получаются следующие ориентировочные различия интерференционных фигур в разрезах, более или менее перпендикулярных к оптической оси, при объективе № 7:

1. Ng—Np = 0,006: черный крест и балки его очень широкие; светлые квадранты беловато-серые (апатит, нефелин).

2. Ng—Np = 0,009: черный крест с широкими балками; квадранты белые, но без признаков желтого цвета (кварц, корунд).

3. Ng—Np = 0,015: черный крест с не особенно широкими балками; по краям в квадрантах видна желтая окраска (скаполит).

4. Ng—Np = 0,025: черный крест тонкий, в поле зрения появляются изохроматические кольца первого и второго порядков (скаполит, турмалин).

5. Ng—Np = 0,040: черный крест с довольно тонкими балками; изохроматические кольца второго порядка (биотит).

6. Ng—Np = 0,075: балки черного креста тонкие; цвета второго-третьего порядков (циркон).

7. Ng—Np = 0,100: балки черного креста, очень тонкие, цвета третьего и четвертого порядков и выше (кальцит).

Разрезы косые по отношению к оптической оси. В пластинке, вырезанной косо к оптической оси, последняя отодвигается от центра поля зрения на тем больший угол, чем больше угол, образуемый ею с осью микроскопа. Угол может быть настолько велик, что при данном объективе оптическая ось может выходить за пределы поля зрения.

Когда оптическая ось остается в поле зрения, видны обе балки черного креста одновременно с центром его, передвинутым более или менее близко к краю поля зрения; в том случае, когда пластинка достаточно толста или сила двойного лучепреломления достаточно велика, видны кольца, изохроматические в белом свете, черные и цветные в монохроматическом свете, вокруг выхода оптической оси; при вращении препарата выход оптической оси совершает круг, а прямые балки креста одна за другой проходят через центр поля зрения, располагаясь параллельно сечениям николей (рис. 69).
В том случае, когда оптическая ось находится вне поля зрения, в поле зрения видны следы одной или двух прямых балок, при вращении столика микроскопа пересекающих поле зрения, располагаясь параллельно сечению то одного, то другого николя.

Разрезы, параллельные оптической оси. Разрезы, параллельные оптической оси при положении, параллельном сечениям николей, угасают, при диагональном положении просветляются. Лучи, выходящие в центре поля зрения, идут перпендикулярно к оптической оси и обладают наибольшей силой двойного лучепреломления Ng—Np, некоторой разностью хода R = e(Ng—Np) и характерной интерференционной окраской. Лучи, выходящие в поле зрения в том вертикальном сечении пластинки, которое проходит перпендикулярно к оптической оси, характеризуются тем, что, образуя все более и более косые углы с пластинкой, они сохраняют одну и ту же силу двойного лучепреломления Ng—Np, так как колеблются перпендикулярно и параллельно оптической осн. Расстояние, которое они проходят, постепенно увеличивается; следовательно, разность хода R возрастает; вместе с тем повышается и интерференционная окраска. Наоборот, для лучей, проходящих в плоскости вертикальной и в то же время параллельной оптической оси, хотя и увеличивается расстояние е, котоpoe они проходят, однако одновременна уменьшается сила двойного лучепреломления Ng1—Np или Ng—Npr, если бы лучи проходили параллельно оптической оси, она приближалась бы к 0. Поэтому разность хода R постепенно уменьшается и одновременно понижается интерференционная окраска, не компенсируясь увеличением е1 длины пути по пластинке. При вращении препарата в поле зрения входят в направлении оптической оси два гиперболовидных пятна, покрывающие поле зрения; при дальнейшем вращении они расходятся в направлении оптической оси.

Следовательно, в разрезах, параллельных оптической оси при диагональном положении пластинки, интерференционная окраска понижается в направлении оптической оси и повышается в направлении, перпендикулярном к ней.

Таким образом, в сходящемся свете оптически одноосные кристаллы дают следующие характерные фигуры:

1. Разрезы, перпендикулярные или почти перпендикулярные к оптической оси: черный крест с пересечением в центре поля зрения, симметричные изохроматические кольца; изохроматические кольца могут отсутствовать.

2. Разрезы, образующие небольшой угол с оптической осью: в поле зрения видно пересечение балок черного креста; черные балки при вращении остаются параллельными сечениям николей; изохроматические кольца могут отсутствовать; если присутствуют — расположение их асимметричное.

3. Разрезы образуют большой угол с оптической осью: черные балки проходят поочередно одна за другой при вращении столика, располагаясь параллельно сечениям николей; пересечения балок не видно.

4. Разрезы, параллельные оптической оси: при диагональном положении светлое поле или окрашенное с понижением окраски от центра поля зрения по направлению оптической оси и повышением окраски перпендикулярно к ней. При вращении в поле зрения со стороны двух концов оптической оси входят два гиперболовидных черных пятна, покрывающие поле зрения.

Аномальные интерференционные окраски в белом сходящемся свете. Аномальные окраски обусловлены дисперсией двойного лучепреломления: когда дисперсия двойного лучепреломления отсутствует, получаются нормальные изохроматические кольца; когда получается более или менее значительная разница в силе двойного лучепреломления для крайних цветов спектра, получаются аномальные окраски.

Аномальные окраски интерференционных колец особенно хорошо видны в бруките и апофиллите (лейкоциклите); эти минералы для одного крайнего цвета являются оптически положительными, для другого — оптически отрицательными; для средних цветов сила двойного лучепреломления в них равна 0.