Оптичні властивості

Світло є електромагнітним коливанням, що розповсюджується в просторі із дуже великою, але кінцевою швидкістю. У кожній точці електромагнітної хвилі відбувається періодична зміна напруженості електричного Е і магнітного Н полів. Обидва вектори взаємно перпендикулярні і, крім того, перпендикулярні напряму розповсюдження хвилі. Вони коливаються в однаковій фазі, одночасно досягаючи максимального і нульового значень.

Розрізняють світло звичайне,або неполяризоване, і поляризоване. У світловій хвилі звичайного світла вектори Е і Н, залишаючись весь час взаємно перпендикулярними, безперервно міняють напрями в площині, перпендикулярній до напряму розповсюдження хвилі. Напрями векторів Е і Н плоскополяризованого світла залишаються постійними. Площину коливань вектора Н називають площиною поляризації. Можливе і частково поляризоване світло – коли є переважне розташування векторів електромагнітного поля щодо якоїсь площини.

Рис.22. Подвійне променезаломлення Рис.23. Роздвоєння напису

розташованого під кристалом

кальциту – ісландського шпату

Направимо на кристал, що належить до середньої або нижчої категорії, неполяризований промінь світла АВ (рис.22, 23). Під час переходу променя із одного оптичного середовища в інше спостерігається подвійне променезаломлення – роздвоєння променя АВ на два – ВС і ВД, що розповсюджуються з різними швидкостями в кристалі. Обидва промені поляризовані, площини їх світлових коливань взаємно перпендикулярні.

Явище подвійного променезаломлення спостерігається в більшій або меншій мірі для кристалів всіх сингоній (окрім кубічної). Найбільший ефект відмічений у кристалах ісландського шпату СаСО₃, де промені двояться і розходяться на кут від 0 до 6,5°.

Для кристалів кубічної сингонії (вища категорія) і у аморфних середовищах показник заломлення постійний для всіх напрямів - такі речовини називають оптично ізотропними.

Кристали середніх сингоній оптично анізотропніі характеризуються двома величинами показників заломлення.

Вивчення кристалів гексагональної, тетрагональної і тригональної сингоній, об'єднаних у середню категорію, показує, що у них є тільки один напрям, за яким промінь не двоїться. Цей напрям називають оптичною віссю,воно співпадає з віссю симетрії вищого порядку. Кристали середніх сингоній, що мають одну оптичну вісь, називають одновісними.

У решти всіх напрямів утворюються дві плоскополяризовані хвилі: звичайна (з постійним показником заломлення) інезвичайна (показник заломлення змінюється). Змінапоказника заломлення може відбуватися як у великий бік – оптично позитивні кристали, так і в менший – оптично негативні кристали.

Оптичною індикатрисою(вказівною поверхнею) називають поверхню, побудовану на величинах показників заломлення, відкладених у напрямах коливання світлової хвилі. Для кубічних кристалів оптична індикатриса так само, як і вказівна поверхня швидкостей світла, має форму сфери. Вони оптично ізотропні.

Застосування поляризованого світла і знання оптичних характеристик кристалів доцільно використовувати для розпізнавання ідентифікації оптично анізотропних фаз, неметалічних включень, при виявленні двійників і вирішенні ряду інших завдань дослідницького характеру.

Сучасні металомікроскопи оснащені двома поляризаторами – плівками, які пропускають лише плоскополяризоване світло. Перший поляризатор розташований так, що на досліджувану поверхню падає плоскополяризоване світло, другий, – аналізатор, розташований перед об'єктивом, може обертатися навколо оптичної осі мікроскопа. Тому площини поляризатора і аналізатора можуть бути паралельними і схрещеними.

Декілька прикладів з металознавської практики:

1. У мідних сплавах купрум оксид і купрум сульфід - при звичайному освітленні має голубувате забарвлення. У поляризованому світлі окисел міді стає малиновим, а купрум оксид -залишається блакитним.

2. Графітові включення в чавуні в поляризованому світлі легко відрізняються від присутніх у сплаві мангану сульфіду.

3. Ферум карбід Fe₃C (цементит) і складні комплексні сполуки в легованих сталях відрізняються високою анізотропією оптичних властивостей і дають яскравий відблиск при розгляді шліфа зхрещених поляризаторів.

4. Тонкі зрізи вогнетривких матеріалів вивчають у світлі, що проходить, при паралельних і схрещених поляризаторах.