Нетрадиционные коноскопические фигуры в слаборасходящихся широкоапертурных пучках Текст научной статьи по специальности «Физика»

Нетрадиционные коноскопические фигуры в слаборасходящихся пучках Карпец Ю.М. fkjum@festu.khv.ru ), Максименко В.А., Сюй А.В.

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Коноскопические фигуры, общий вид и специфические свойства которых определяются строением, оптическими свойствами и ориентацией кристалла, играют большую роль в изучении кристаллов оптическими методами [1-5].

Нами обнаружены и исследованы несколько необычные коноскопические фигуры, возникающие в одноосных оптических кристаллах при особых условиях наблюдения. Наблюдения проведены на установке, изображенной на рис. 1. Особенностью установки является то, что на кристалл посылается совокупность плоскопараллельных широкоапертурных пучков излучения, идущих друг относительно друга под небольшими углами. Это достигается за счет того, что луч лазера первоначально падает на матовое стекло 1, где претерпевает рассеяние. Можно считать, что каждая точка рассеивателя 2 создает гомоцентрический пучок лучей, которые преобразуется линзой 4 в плоскопараллельные пучки. Диафрагма 3 ограничивает угол между крайними плоскопараллельными пучками лучей, попадающими на кристалл. Расстояние между рассеивателем 2 и линзой 4 равно фокусному расстоянию этой линзы. Кристалл 5 также находится на фокусном расстоянии от линзы 6. Излучение лазера линейно поляризовано. В ряде случаев после диафрагмы 3 ставили поляризатор. Обычно поляризатор и анализатор скрещены.

рассеиватель; 3 - диафрагма; 4,6 - линзы; 5 -кристалл; 7 - анализатор; 8 - экран (расстояние между линзой 6 и экраном 400 мм).

При использовании данной установки на экране 8 для кристаллов КБР и Ы№03 зафиксированы необычные своеобразные интерференционные коноскопические картины, по виду похожие на кольца Ньютона (рис.2а).

Рис. 2. Коноскопические фигуры для кристаллов КБР (а,б) и ЫМЬ03:Бе (а) Срезы кристалла; а) х; 6) у; в) х. Толщина кристалла, мм: а) 23; б) 12,8; в) 12,9

Наблюдения проведены для пластинок, вырезанных таким образом, что падающие из линзы 4 световые пучки (рис. 1) примерно перпендикулярны оптической оси кристалла.

В случае, когда пучки распространяются вблизи оптической оси кристалла, аналогичные картины не регистрируются.

Отметим, что максимальный контраст для данных фигур наблюдается, когда одно из главных направлений кристаллической пластинки составляет угол 45° с направлениями пропускания поляризатора и анализатора.

Для более тонких кристаллических пластинок (в диапазоне толщин от 0,5 до 2,0 мм) обнаружены коноскопические фигуры другого типа, имеющие вид прямых полос (линий), заполняющих на экране 8 (рис. 1) изображение кристалла. Число линий и расстояние между ними зависят от толщины кристалла. Главная особенность этих картин - темные (или светлые) полосы, перпендикулярные оптической оси кристалла.

Для кристаллической пластинки, вырезанной перпендикулярно оптической оси и помещенной между "скрещенными" поляроидами, разность фаз может быть записана в следующем виде:

Аф=2пё/ (п°/совР°-пе/ ообР6), (1)

а интенсивность I прошедшего через систему излучения

1=0,510[1+сов(п+Аф)], (2)

где X - длина волны; ё - толщина пластинки; п°, пе и Р°, ре - показатели преломления и углы преломления обыкновенной и необыкновенной волн в кристаллической пластинке; 10 - интенсивность прошедшего через систему излучения (при параллельных направлениях пропускания поляризатора и анализатора).

Видно, что в случае, если кристаллическая пластинка не вносит разности фаз Аф (Аф=0), то система излучение не пропускает; Если плоскопараллельный пучок один, то просветление или затемнение происходит по всей апертуре пучка для определенного значения Аф0 [1-4]. Если

же имеется значительное количество пучков, падающих на кристалл в достаточно большом угловом интервале, то наблюдаются обычные коноскопические фигуры [3].

Если же имеется значительное число плоскопараллельных пучков, падающих вблизи нормали к поверхности кристалла в небольшом угловом интервале (наш случай), то возможны следующие варианты:

1. Толщина кристалла d достаточно велика, Дф~dДn/cosP, где Дп=п0-пе; созр^созр^соэр6. Полагая, что в первом приближении малых углов Р/Дп«сош! и учитывая из (2), что для наблюдения минимумов в интерференционной картине Дф должно быть равно ±^N/2 (N=1,2,3,...), получаем на экране 8 (рис.1) совокупность минимумов -черных коноскопических окружностей (рис.2а). Если при увеличении РДп слегка изменяется, то появляются концентрические темные эллипсы (рис. 2,б).

2. Если же величина d достаточно мала и d/cosP«const, то значительно больше сказываются изменения в величине Дп, наибольшие в плоскости, содержащей оптическую ось кристалла. В этом случае получаем совокупность черных полос, перпендикулярных оптической оси.

При одновременном достаточно большом изменении d/cosP и Дп коноскопические фигуры должны значительно усложняться.

Отметим характерные особенности данных коноскопических фигур.

Коноскопические фигуры наблюдаются в направлениях, перпендикулярных оптической оси пластинки и не наблюдаются вдоль оси.

Данные коноскопические фигуры наблюдаются в достаточно малом угловом диапазоне (первый минимум под углом ~0,3°), значительно меньшем, чем угол, под которым видны минимумы или максимумы в обычной коноскопической картине, состоящей из двух семейств гипербол (первый минимум ~2,5-3°).

В данных коноскопических картинах отсутствует мальтийский крест.

Наблюдается некоторая разновидность данных фигур: окружности, эллипсы, полосы.

Можно проследить некоторую аналогию с обычной интерференцией в тонких пластинках. Окружности и эллипсы являются аналогами полос равного наклона. Темные и светлые полосы - аналоги полос равной толщины и их можно назвать полосами равного показателя преломления.

Данные коноскопические фигуры могут оказаться полезными при исследовании оптических свойств кристаллов, например, при уточнении положения оптической оси в кристалле (полосы перпендикулярны оптической оси кристалла), а также для наблюдения оптически наведенных неоднородностей показателя преломления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Оптические свойства кристаллов А.Ф.Константинова, Б.Н. Гречушников, Б.В. Бокуть, Е.Г. Валяшко. - Минск: Наука и техника, 1995.-302с.

2. Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики. -М: Наука, 1979.-640с.

3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М: Наука, 1970. - 856 с.

4. Най Дж. Физические свойства кристаллов.- М.: Мир, 1967. -386с.

5. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1975. - 926с.