Устройство полярископа-поляриметра ПКС-250

Полярископ-поляриметр ПКС-250 предназначен для качественного и количественного анализа двулучепреломления в плоских прозрачных образцах из бесцветного или слабоокрашенного стекла.

Внешний вид прибора показан на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид полярископа-поляриметра ПКС-250: 1 – тумблер, включающий осветительную лампу; 2 – педаль, включающая осветительную лампу; 3 – переключатель «Измерение» – «Наблюдение»; 4 – подъемный механизм; 5 – измерительная головка; 6 – переключатель измерительной головки; 7 – матовое стекло; 8 – анализатор; 9 – шкала; 10 – ручка, с помощью которой вращаются матовое стекло и шкала/

Оптическая схема прибора изображена на рис. 2. Белый свет от источника 1 проходит через конденсорную систему 2, 3, отражается от зеркала 4, проходит через поляризатор 5, кристаллическую пластинку постоянной толщины 6, матовое стекло 7 с расположенным на нем двупреломляющим образцом и анализатор 8 (на рис. 1 матовое стекло и анализатор также отмечены цифрами 7 и 8 соответственно). Анализатор 8 скрещен с поляризатором. Кристаллическая пластинка вырезана параллельно её оптической оси и установлена таким образом, что ее оптическая ось ОО₁составляет с плоскостью пропускания поляризатора РР₁ угол 45º (рис. 3). Разность хода , которую приобретают обыкновенный и необыкновенный лучи, пройдя пластинку, составляет 572 нм. Таким образом, для света с длиной волны =572 нм (зеленая область) пластинка является волновой. В дальнейшем будем ее называть волновой пластинкой.

Рис. 2. Оптическая схема полярископа ПКС-250: 1 – источник света; 2, 3 – конденсорная система; 4 – зеркало; 5 – поляризатор; 6 – волновая пластинка; 7 – матовое стекло; 8 – анализатор.

Рис. 3. Взаимная ориентация плоскости пропускания поляризатора и оптических осей кристаллических пластинок: РР₁ – линия пересечения плоскости пропускания поляризатора и плоскости чертежа; ОО₁ – оптическая ось волновых пластинок; О'О₁' – оптическая ось четвертьволновой пластинки; 11 – линия, соединяющая риски 90° и 270° на шкале когда отчет равен нулю

При отсутствии исследуемого образца свет с любой длиной волны кроме 572 нм проходит через анализатор. Это приводит к пурпурно-фиолетовой окраске поля зрения. Образец вносит дополнительную разность хода, поэтому его окраска, вообще говоря, отличается от пурпурно-фиолетовой. Так как внутренние напряжения могут меняться от точки к точке, то даже при постоянной толщине образца отличаются друг от друга разности хода, вносимые различными участками, а, следовательно, и их цвета. По цвету того или иного участка можно определить величину разности хода, вносимую этим участком (см. табл. 1).

Для того чтобы пользоваться таблицей, необходимо заранее знать, что оптические оси во всех точках образца параллельны его поверхности, а вносимая разность хода не превышает 325 нм. В работе используется именно такой образец.

Пурпурно-фиолетовая окраска может наблюдаться не только при разности хода, равной нулю, т.е. у изотропного участка образца, но и в том случае, когда оптическая ось участка параллельна плоскости пропускания поляризатора или перпендикулярна к ней.

Таблица 1. Величины разности хода в зависимости от окраски участка

Цвета	Разность хода , нм
Желтый	325
Желто-зеленый	275
Зеленый	200
Голубовато-зеленый	145
Голубой	115
Пурпурно-фиолетовый	0
Красный	25
Оранжевый	130
Светло-желтый	200
Желтый	260
Белый	310

Волновая пластинка и анализатор могут быть выведены из светового пучка. Для более точного определения разности хода используется измерительная головка 5 (рис. 1). Ее оптическая схема изображена на рис. 4.

Рис. 4. Оптическая схема измерительной головки: 1 – окуляр; 2 – зеленый светофильтр; 3 – анализатор; 4 – четвертьволновая для длины волны λ=540 нм пластинка; 5 – волновая для той же длины волны пластинка

Четвертьволновую пластинку 4 можно заменить на пластинку 5, которая является волновой для той же длины волны. Направление распространения света показано стрелкой. Пластинки 4 и 5 вырезаны параллельно оптическим осям. Оптическая ось ОО₁ четвертьволновой пластинки перпендикулярна плоскости пропускания поляризатора (рис. 3). Оптическая ось волновой пластинки ОО₁ составляет угол 45º с плоскостью пропускания поляризатора.

Пусть образец установлен так, что его оптическая ось составляет углы 45º с плоскостью пропускания поляризатора и оптической осью четвертьволновой пластинки. Тогда эллиптически поляризованный свет с длиной волны 540 нм, выходящий из образца, преобразуется пластинкой в плоскополяризованный и может быть погашен поворотом анализатора. Если убрать образец, то для того, чтобы получить темноту, следует повернуть анализатор на некоторый угол так, чтобы он оказался скрещенным с поляризатором. Удвоенный угол поворота равен разности фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами, которая вносится образцом. Тогда разность хода, вносимую образцом, можно рассчитать по формуле: