§ 150. Кристаллическая пластинка между «скрещенными» николями

Весьма распространено исследование прозрачных анизотропных веществ путем наблюдения за поведением линейно поляризованного света, падающего на вещество. Чтобы не осложнять задачу, положим, что речь идет о кристаллической пластинке, вырезанной параллельно оптической оси. Эту пластинку помещают между николями.

Из поляризатора на пластинку падает линейно поляризованный луч. Удалим пластинку и установим анализатор в скрещенном положении. Свет не проходит. Теперь поставим на место пластинку — поле просветлело, луч света проходит через систему. Причина может быть лишь одна: кристаллическая пластинка изменила поляризационное состояние луча, вышедшего из поляризатора. Как именно изменила — это мы выясним с помощью анализатора: если при вращении анализатора мы найдем новое положение темноты, то это значит, что кристаллическая пластинка изменила направление колебания луча, но оставила его линейно поляризованным. Если вращение анализатора не меняет интенсивность света, то это значит, что пластинка превратила линейно поляризованный свет в свет, поляризованный по кругу. Наконец, если погасить свет вращением анализатора или пластинки не удается, но интенсивность света меняется при вращении, то это значит, что пластинка создала эллиптически поляризованный свет.

Изменения, происшедшие с линейно поляризованным светом, зависят от двух причин: от взаимного расположения оптической оси пластинки и направления колебания в луче, вышедшем из поляризатора, и от разности фаз пластинка создает между обыкновенной и необыкновенной волнами, на которые расщепилась падающая волна.

Если вещество, помещенное между скрещенными николями, изотропно, то никакого просветления поля не произойдет. Описанное явление можно с успехом использовать для изучения анизотропии вещества.

Рис. 177.

Обычно наблюдения ведутся в скрещенных николях и вгращается пластинка. При таком вращении просветление не будет неизменным. Действительно, в каждый момент вращения амплитуда А света, вышедшего из поляризатора, раскладывается по-разному на компоненты угол между «щелью» поляризатора и оптической осью пластинки). Конец электрического вектора волны, вышедшей из пластинки, описывает эллипсы:

где неизменно, а непрерывно меняется. Трансформации эллипса для случая пластинки в волны (в предыдущую формулу надо подставить значение при изменении показаны на рис. 177. При разных будут возникать различные поляризационные состояния.

Так как разность хода зависит от длины волны, то при освещении белым светом картина получается окрашенной. Если пластинка имеет равномерную толщину, то она будет окрашена в ровный цвет, различный для каждого взаимного расположения пластинки и николей. Действительно, для некоторых длин волн белого спектра пластинка может иметь толщину для других —

для третьих — толщину, кратную К. Соответственно с этим для разных длин волн возникнут разные поляризационные состояния, в большей или меньшей степени пропускаемые анализатором при различных взаимных положениях пластинки и николей. Явление хроматической поляризации очень красиво. Вряд ли каким иным способом можно создать такое богатство световых тонов и оттенков, которые возникают в поле зрения при изменениях толщины пластинки (например, при росте кристалла) или при изменениях ее расположения по отношению к николям.

Рис. 178.

Если пластинка имеет переменную толщину, то будут наблюдаться интерференционные полосы, радужные при рассмотрении в белом свете.

Наряду с этими картинами полос равной толщины можно наблюдать и своеобразные полосы равного наклона, если рассматривать кристаллическую пластинку в сходящихся лучах (коноскопи-ческое исследование). Эти наблюдения можно проводить над маленькими кристаллическими зернышками в поле зрения микроскопа. Их практическое значение — установление симметрии кристаллика. В частности, не представляет труда решение вопроса о принадлежности объекта к одной из трех групп: 1) вещество аморфное или кристаллическое с кубической симметрией, 2) одноосные кристаллы, 3) кристаллы более низкой симметрии. В первом случае интерференционные полосы отсутствуют. Одноосные кристаллики дают картину, показанную на рис. 178, если только оптическая ось совпадает с падающим лучом света. Темный размытый крест возникает в тех местах, куда попадают либо только обыкновенный, либо только необыкновенный луч. Раз нет превращения в эллиптически поляризованное колебание, то скрещенные николи света не пропустят.

Теория явления громоздка, и мы не будем на ней останавливаться.