CC BY
95
УДК 535.512, 535.515
О. Ю. Пикуль, Г. В. Куликова, В. И. Строганов
ТРАНСФОРМАЦИЯ КОНОСКОПИЧЕСКИХ КАРТИН КРИСТАЛЛА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЯ
Исследуется процесс трансформации коноскопической картины оптического кристалла при изменении месторасположения кристаллической фазовой пластинки У 4 в оптической системе наблюдения. Приведены результаты экспериментов, проведенных для оптически активного кристалла ТеО2.
Ключевые слова: интерференция, коноскопическая картина, циркулярная поляризация, пластинка А/4.
Исследование оптических свойств кристаллов с помощью интерференционного (коно-скопического) метода представляет особый интерес в связи с возможностью получения дополнительной информации об их оптических параметрах и характеристиках [1, 2].
Коноскопическая картина, традиционно наблюдаемая в поляризационном микроскопе, формируется излучением, проходящим через кристалл, который помещен между линейными поляризатором и анализатором. Вместе с тем получить сильно сходящийся пучок лучей достаточно трудно, тогда как при анализе тонких кристаллических пластинок необходимы пучки с угловой апертурой порядка 100—120°. Если же угловая апертура составляет 20—30°, то в поле зрения наблюдается только часть картины, например одна интерференционная полоса. Кроме того, небольшой масштаб коноскопической картины, наблюдаемой в поляризационном микроскопе, малый размер кристаллов, а также узкое поле зрения, обусловленное небольшой угловой апертурой светового пучка, ограничивают возможности применения коно-скопического метода.
Использование схемы наблюдения коноскопических картин в сильно расходящихся пучках [3] позволяет расширить функциональные возможности коноскопического метода (рис. 1). Излучение Не—Ке-лазера 1, пропущенное через поляризатор 2 и рассеиватель 3, проходит через исследуемую кристаллическую пластинку 4 и на выходе анализатора 5 образует на экране 6 крупномасштабную коноскопическую картину. Такая схема наблюдения позволяет применять коноскопический метод при исследовании оптических свойств кристаллов, при этом можно изменять форму поляризации излучения и использовать циркулярно и эллиптически поляризованное излучение; кроме того, такая схема позволяет исследовать влияние углового распределения интенсивности световых пучков на коноскопическую картину; обеспечить возможность наблюдения двойных коноскопических картин; исследовать интерференционные явления в системе из нескольких оптических элементов, в том числе с оптическими кварцевыми линзами.
Рис. 1
Кристаллическая фазовая пластинка Х/4 достаточно часто применяется в поляризационных измерениях для получения циркулярного излучения. Использование такой пластинки при реализации коноскопического метода приводит к весьма необычным коноскопическим
6
1
56
О. Ю. Пикуль, Г. В. Куликова, В. И. Строганов
картинам, что открывает новые возможности их практического применения в различных оптических устройствах: см. рис. 2—4, а — результаты эксперимента, б — соответствующие теоретически рассчитанные коноскопические картины.
Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4
При размещении в оптической схеме (см. рис. 1) пластинки У4 после поляризатора (наблюдение с циркулярным поляризатором) излучение становится циркулярно поляризованным, и коноскопическая картина оптически активного кристалла видоизменяется. При этом система колец-изохром (см. рис. 2) трансформируется в две спирали, вложенные одна в другую (см. рис. 3), а светлый „мальтийский крест" наблюдается на периферии поля зрения. Направление закручивания спиралей от периферии к центру (правое или левое при взгляде навстречу лучу) соответствует направлению вращения светового вектора поляризации оптически активным кристаллом [4]. Кроме того, поворот пластинки Х/4 вокруг вертикальной оси в плоскости входной грани, приводящий к смещению изохром на коноскопической картине (от периферии к центру или наоборот), позволяет определить оптический знак кристалла без использования кварцевого клина [5].
Любопытным фактом является то, что перемещение фазовой пластинки Х/4 из положения, при котором она размещена после поляризатора, в положение между кристаллом и анализатором (наблюдение с циркулярным анализатором) не изменяет вида коноскопической картины (рис. 3), хотя через рассеиватель 3 на кристалл в этом случае падает линейно поляризованное излучение. Сохранение вида коноскопической картины объясняется тем, что она формируется в результате наложения двух коноскопических картин — кристалла (см. рис. 2) и пластинки Х/4 (в виде двух систем гипербол). Вследствие достаточно малой толщины пластинки Х/4 гиперболы находятся далеко за пределами центра картины вне поля зрения, а центральная часть коноскопической картины совпадает с рис. 3.
Рассмотренная схема наблюдения в основном применяется в сингулярной оптике, когда анализатор циркулярной поляризации, помещенный после кристалла, используется для создания оптических вихрей и управления их геометрическим положением, а также величиной и знаком топологического заряда [6].
При размещении двух фазовых пластинок У4 — до и после кристалла — „мальтийский крест" перестает затенять коноскопическую картину и полностью исчезает, оставляя хорошо различимую систему колец-изохром, что позволяет контролировать наличие оптических дефектов (рис. 4). Еще раз отметим, что все три коноскопические картины (см. рис. 2—4) наблюдаются при использовании одной и той же кристаллической пластинки.
Расчеты, выполненные с применением программы компьютерной математики Maple, достаточно хорошо согласуются с экспериментом.
Вид коноскопических картин кристаллов с оптической осью в плоскости входной грани практически нечувствителен к любым перемещениям пластинки Х/4 в оптической системе. Картины сохраняют вид двух систем гипербол, осью симметрии одной из которых является оптическая ось кристалла. При этом происходит некоторое смещение гипербол относительно центра картины и изменение их интенсивности.
Система наблюдения коноскопических картин в случае использования слаборасходяще-гося широкоапертурного пучка (рис. 5) позволяет получить нетрадиционные коноскопиче-ские картины — параллельные полосы, кольца, эллипсы [7]. Излучение He—Ne-лазера 1, пропущенное через рассеиватель 2 и диафрагму 3, проходя через поляризатор 4 и положительную линзу 6, попадает на кристалл 8. Линза 6 расположена таким образом, что диафрагма 3 находится в ее фокусе и при необходимости линзу можно перемещать. Коноскопическая картина, локализованная в плоскости кристалла 8, при помощи линзы 7 через анализатор 5 проецируется на экран 9. При увеличении угла 20 коноскопическая картина плавно трансформируется в две системы гипербол.
Рис. 5
Пучок лучей в этой оптической системе должен иметь такие поперечные размеры, чтобы каждая точка поверхности кристалла была освещена лучами, идущими в заданных направлениях. Тогда каждая точка изображения на экране будет соответствовать определенной точке на поверхности входной грани кристалла. Использование широкоапертурных слабо-расходящихся пучков позволяет обнаружить оптические неоднородности кристалла, как приобретенные в процессе его роста, так и предварительно наведенные. При использовании двух и более близко расположенных оптических кристаллов возможна интерференция коноскопи-ческих картин.
Таким образом, варьирование схем наблюдения коноскопических картин оптических кристаллов позволяет увеличить объем информации, получаемой в ходе одного эксперимента, а также расширить ряд проводимых коноскопическим методом исследований оптически активных кристаллов.
список литературы
1. Меланхолин Н. М. Методы исследования оптических свойств кристаллов. М.: Наука, 1970.
2. Константинова А. Ф., Гречушников Б. И., Бокуть Б. В., Валяшко Е. Г. Оптические свойства кристаллов.
Минск: Наука и техника, 1995.
58
Ю. А. Балошин, М. Г. Рыжов, П. Н. Силин и др.
3. Особенности оптической системы для создания коноскопических фигур больших размеров / О. Ю. Пикуль, Л. В. Алексеева, И. В. Повх, В. И. Строганов, К. А. Рудой, Е. В. Толстов, В. В. Криштоп // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. Т. 47, № 12. С. 53—55.
4. Пат. 2288460 РФ, МПК7 в0Ш 21/21. Способ определения знака вращения плоскости поляризации излучения в оптически активном кристалле / О. Ю. Пикуль, В. И. Строганов // Опубл. 27.11.06. Бюл. № 33. 13 с.
5. Пат. 2319942 РФ, МПК7 в01М 11/02, в02В 26/06. Устройство для определения оптического знака кристалла / О. Ю. Пикуль // Опубл. 20.03.08. Бюл. № 8. 16 с.
6. Воляр А. В., Фадеева Т. А., Егоров Ю. А. Векторные сингулярности гауссовых пучков в одноосных кристаллах: генерация оптических вихрей // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28, вып. 22. С. 70—77.
7. Карпец Ю. М., Строганов В. И., Сюй А. В. Коноскопические фигуры нового вида // Нелинейная оптика: Сб. науч. тр. / Под ред. В. И. Строганова. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000. С. 57—60.
Ольга Юрьевна Пикуль
Генриетта Владимировна Куликова
Владимир Иванович Строганов
Рекомендована кафедрой физики
Сведения об авторах
канд. физ.-мат. наук, доцент; Дальневосточный государственный университет путей сообщения, кафедра физики, Хабаровск; E-mail: [email protected]
аспирант; Дальневосточный государственный университет путей сообщения, кафедра физики, Хабаровск; E-mail: [email protected]
д-р физ.-мат. наук, профессор; Дальневосточный государственный университет путей сообщения, кафедра физики, Хабаровск; E-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 01.03.11 г.
УДК 53.083.92
Ю. А. Балошин, М. Г. Рыжов, П. Н. Силин, А. А. Сорокин, М. А. Устинсков
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЛИЖНЕПОЛЬНОГО ВЧ-ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ПОВЕРХНОСТНОЙ АКТИВНОСТИ ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ПОКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
Рассматривается метод оценивания изменений относительной поверхностной активности полиэтилена после его термической обработки. Метод базируется на использовании разработанного датчика и автономного индикатора для определения относительного изменения диэлектрической проницаемости поверхностного слоя.
Ключевые слова: активность, диэлектрическая проницаемость, электромагнитное поле, антенна, датчик, индикатор.
При прокладке трубопроводов используются трубы с заводским покрытием из полиэтилена. Для защиты сварных швов, образующихся при укладке магистральной трубы, требуется соответствующее покрытие. При этом необходима стыковка заводского полиэтиленового покрытия с защитным покрытием сварного шва. Полиэтилен обладает чрезвычайно низкой поверхностной активностью, что создает трудности при стыковке его с любыми другими материалами. Поэтому для обеспечения герметичной изоляции сварного шва используются различные методы увеличения поверхностной активности полиэтилена (термические, химические, радиационные и т.д.). При этом происходит частичная деструкция поверхности полиэтилена, что позволяет добиться повышения адгезии (сцепления) с наносимым на него материалом.
