Явление компенсации и компенсаторы

В кристаллическом веществе, помещенном в систему микроскопа, поляризованная волна разлагается на две, колебания которых осуществляются в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Разность хода, возникающая при прохождении луча через кристалл, определяет интерференционную окраску зерна, наблюдаемую в микроскопе в системе поляризатор - кристалл - анализатор. Если над зерном минерала поместить кристаллическую пластинку с такой же разностью хода и параллельной оптической ориентировкой, то световые волны, прошедшие через зерно и пластинку, приобретут вдвое большую разность хода. Интерференционная окраска увеличится на разность хода пластинки.

Если зерно и пластинку установить так, чтобы совпали разноименные оси индикатрисы, то произойдет компенсация разности хода, возникшей в зерне. В результате интерференционной окраски наблюдаться не будет, зерно станет черным или темно-серым.

Явление компенсации используется для определения силы двупреломления и наименования осей оптической индикатрисы. Для этой цели предназначены компенсаторы: кварцевая и гипсовая пластинки, кварцевый клин и компенсатор Берека. Их вводят в специальную прорезь в тубусе микроскопа, расположенную над объективом и ориентированную под углом 45° к направлению колебаний волн в николях (окулярному кресту).

Кварцевая пластинка представляет собой плоскопараллельную пластинку, вырезанную из кристалла кварца параллельно его оптической оси. Ее толщина (около 0,06 мм) обусловливает красно-фиолетовую интерференционную окраску (граница первого и второго порядков). Разность хода пластинки 550-560 нм. Пластинка вставлена в металлическую оправу так, что Np кварца совпадает с длинной стороной оправы, a Ng - с короткой. Для наблюдения за усилением и уменьшением интерференционной окраски в системе зерно - кварцевая пластинка необходимо выполнить следующие операции (николи скрещены).

Установить зерно с какой-либо интерференционной окраской, например желтой, обусловленной разностью хода 350 нм.

Повернуть столик микроскопа до момента погасания зерна, т.е. совместить направления колебания световых волн в зерне с направлением колебаний волн в николях.

Повернуть столик микроскопа на 45° в любую сторону. При этом одно из направлений колебания волн в зерне (Ng′ или Np′) совместится с прорезью для компенсатора, а зерно приобретет интерференционную окраску наибольшей интенсивности (в нашем случае - желтую первого порядка).

Ввести в прорезь тубуса кварцевую пластинку. При этом возможно усиление интерференционной окраски до желтой второго порядка: Д = 900 нм = 350 нм (зерна)+550 нм (пластинки), если одноименные оси индикатрис зерна и пластинки совпадают. Если совпадут разноименные оси индикатрис зерна и пластинки, то суммарная разность хода составит в нашем примере 200 нм, и зерно будет окрашено в серовато-белый цвет.

Кварцевая пластинка используется при изучении минералов с двупреломлением до 0,016. Полная компенсация интерференционной окраски зерна при помощи кварцевой пластинки получается как редкое совпадение разностей хода зерна и пластинки (550-560 нм). Обычно наблюдается повышение или понижение интерференционной окраски на разность хода пластинки.

Кварцевый клин - компенсатор с переменной разностью хода. Он представляет собой клин, вырезанный из монокристалла кварца параллельно оптической оси. Клин вклеен между двумя стеклами и заключен в металлическую оправу, на которой показаны направление скоса и положение осей индикатрисы. По длинной стороне клина расположена ось Np, по короткой - Ng. Увеличение толщины клина приводит к изменению разности хода от тонкого конца к толстому. Если кварцевый клин медленно вдвигать в прорезь тубуса микроскопа при скрещенном положении николей и без шлифа на предметном столике, то в поле зрения будет наблюдаться постепенная смена цветов интерференции в соответствии с номограммой Мишель-Леви.

Кварцевый клин применяется при определении знака главной зоны у минералов с сильным двупреломлением и величины двупреломления. В отличие от кварцевой пластинки, кварцевый клин позволяет добиться полной компенсации интерференционной окраски у большинства минералов.