Молекулярні вирази Мікроскопія Грунтовка Спеціалізовані методи - Компенсаційні пластини та аксесуари

Ретельне вивчення анізотропії як функції орієнтації зразка дозволяє визначити різницю показника заломлення та орієнтацію надзвичайних та звичайних променів світла, що утворюються двозаломлюючими матеріалами. Цей підручник досліджує, як можна використовувати компенсатори для визначення параметрів орієнтації анізотропних матеріалів.

молекулярні

Для того, щоб визначити швидку та повільну орієнтацію світлових променів у двопроменезаломлюючому матеріалі, зразок зазвичай розміщують на круговій 360-градусної круговій сцені між перехрещеними поляризаторами в оптичному мікроскопі. Осі еліпса з індексом зразка орієнтовані по діагоналі в положенні, що відповідає 45 градусам відносно напрямків вібрації поляризатора та аналізатора. Далі до світлового шляху в певній орієнтації додається двопроменезаломлюючий аксесуар або компенсаційна пластина, що складається з кварцу, мусковіту або гіпсу, встановлених у спеціалізованому тримачі. Компенсаційні пластини, які створюють фіксовану різницю оптичних пробігів між зразком і пластиною, встановлюються та ретельно орієнтуються у прямокутній рамі так, щоб точність осей швидкої та повільної вібрацій була відома та зафіксована. Найбільш поширеною компенсаційною пластиною часто називають гіпсову плиту або повнохвильову пластину, і вона має різницю оптичних шляхів в діапазоні від 550 до 580 нанометрів.

Як правило, повільний промінь (що має більший ефективний показник заломлення) орієнтований у напрямку Північний Захід-Південний Схід щодо поляризатора та аналізатора. Вставлення компенсаційної пластини першого порядку (або перед зразком, але після поляризатора, або за зразком, але перед аналізатором) до світлового шляху додасть різницю оптичного шляху (від 550 до 580 нанометрів) до всіх оптичних шляхів у полі зору мікроскопа . Фон, який є абсолютно темним, коли переважає нульова різниця оптичних шляхів (як це має місце у схрещених поляризаторах без компенсаційної пластини), тепер має пурпуровий або червоний колір, який часто називають Червоним I або червоним першого порядку. Якщо повільний промінь, що виходить із зразка, має вектор вібрації, паралельний повільному проміню повноволнової пластини, різниці довжин хвиль додаватимуться і з'явиться більш високий колір поляризації. Цей ефект називають добавкою. У випадках, коли напрямок зразка і повнохвильової пластини повільні промені орієнтовані під кутом 90 градусів один до одного, різниці довжин хвиль будуть зменшуватися, і в результаті буде нижчий колір поляризації (відомий як ефект віднімання). Поворот зразка на 90 градусів на круговій сцені повинен підтвердити ідентифікацію швидких і повільних променів.

Як обговорювалося вище, конструкція більшості компенсаційних пластин гарантує, що довгий розмір пластини орієнтований на північний захід-південний схід щодо напрямків вібрації поляризатора мікроскопа та аналізатора. Напрямок вібрації швидких променів найчастіше розміщується паралельно довгій осі (довжині) рами компенсаційної пластини, в результаті чого напрямок вібрації повільного променя орієнтується по ширині або короткій осі. Отже, коли компенсаційна пластина розміщена між перехрещеними поляризаторами, напрям вібрації швидких променів - північний захід-південний схід, тоді як повільного променя - північ-південний захід. Коли між поляризаторами розміщують полноволновую компенсаційну пластину, відмітний пурпуровий колір лежить на межі між кольорами відставання першого та другого порядку. Інші плити, такі як слюда або гіпсова плита, будуть мати менший або різний ступінь уповільнення залежно від конструкції плити. Слюдяна пластина дає різницю оптичного шляху в 140-155 нанометрів (залежно від виробника), тоді як кварцовий клин виробляє широкий діапазон значень загальмованості.

Компенсатори різняться залежно від діапазону охоплених різниць оптичного шляху (кількості замовлень) і від того, як розміщений двопроменезаломлюючий елемент у стратегічних орієнтаціях, що дозволяє вводити безперервні різниці фаз. Два правильних фактори визначають правильний вибір компенсатора. Задовільний компенсатор повинен бути здатний компенсувати найбільшу очікувану різницю оптичного шляху, а чутливість повинна бути достатньою для визначення дуже малих фазових зрушень. Наприклад, якщо підозрюється, що невідомий двозаломлюючий кристал має різницю в показниках заломлення (n (e) - n (o)) близько 0,25, а товщина становить приблизно 20 мкм, тоді очікувана різниця оптичного шляху близько 500 нанометрів. У цьому випадку компенсаційна пластина першого порядку (відставання в 550 нанометрів) адекватно виконає завдання. Крім того, компенсатор з діапазоном чотирьох порядків мав би дуже невелике регулювання з цим зразком, що призвело б до менш точного вимірювання.

Наступна процедура пропонується для визначення тотожностей орієнтацій вібрацій для повільних та швидких променів у невідомому двопроменезаломлюючому матеріалі. Спочатку обертайте сцену мікроскопа, доки кристал не покаже максимальну кількість вимирання (рис. 1 (а)). Приклад кристала, показаний на малюнку 1, має напрямок вібрації повільного променя, паралельний довгій осі кристала, і відповідний напрямок вібрації швидких променів, паралельний короткій осі. За домовленістю, напрямок вібрації поляризатора встановлюється на Схід-Захід (скорочене положення РЕБ), тоді як аналізатор орієнтований з напрямком вібрації в напрямку Північ-Південь (скорочено NS), під кутом 90 градусів до напрямок вібрації поляризатора. При обертанні каскаду для орієнтації кристала під кутом 45 градусів за годинниковою стрілкою (при довгій осі, орієнтованій на північний схід-південний захід; рис. 1 (b)), максимальна яскравість спостерігається при дослідженні кристала через окуляри мікроскопа. Кристал на малюнку 1 виглядає білим, але інші кристали з більшим ступенем товщини або двозаломлення можуть мати перші (або вищі порядки) кольори, які можна визначити, вивчивши кольорову діаграму Мішеля-Леві.

Наступним кроком є ​​вставлення повноволнового компенсатора в слот для аксесуарів для мікроскопа, щоб отримати 550-нанометрову різницю в оптичному шляху, як показано на малюнку 1 (c). Для того, щоб визначити, чи є результуючий інтерференційний колір (жовтий на малюнку 1 (в)) вищим чи нижчим, проводиться перевірка та результати порівнюються з кольоровою діаграмою Мішеля-Леві. Оскільки компенсаційна пластина додає 540 нанометрів до всіх оптичних шляхів, інтерференційні кольори, що створюються зразком, які є нижчими за це значення, являють собою негативне двозаломлення, тоді як кольори вищого порядку відповідають позитивному лучепреломлению. На малюнках 1 (c) та 1 (d) кольори перешкод - жовтий (приблизно 350 нанометрів) та синій (приблизно 650 нанометрів) відповідно. Як вже обговорювалося, повільна вісь компенсаційної плити орієнтована перпендикулярно рамі (північ-південь-захід). Отже, довжини хвиль кольорів перешкод повинні бути зміщені до вищих значень, коли повільна вісь компенсатора вирівнюється з повільною віссю кристала. Зверніть увагу, що кристал на малюнку 1 (в) має інтерференційний колір 350 нанометрів (жовтий), що вказує на те, що повільна вісь кристала накладається на швидку вісь компенсатора і перпендикулярна повільній осі.

Коли кристал повертається на 90 градусів проти годинникової стрілки (рис. 1 (d)), через окуляри мікроскопа видно інтерференційні кольори вищого (другого порядку синього) кольору. При цій орієнтації повільна вісь кристала паралельна повільній осі компенсатора. Докази підтверджують, що заломлений кристалом швидкий промінь має вісь, яка збігається з довгою віссю кристала, а повільний промінь паралельний короткій осі кристала. Загалом, зменшення інтерференційного кольору свідчить про те, що повільний кристалічний промінь паралельний швидкій осі компенсації. Подібним чином збільшення інтерференційного кольору підтверджує, що повільний промінь кристала паралельний повільній осі компенсатора.

Якщо невідомий мінерал виявляє сірий або білий інтерференційний колір першого порядку (приблизно 200 нанометрів), колір, доданий червоною пластиною першого порядку, дає колір другого порядку, тоді як віднімання кольору призводить до довшого хвилі кольору першого порядку. У цьому випадку кольори вищого порядку виробляються в обох орієнтаціях.

Мортімер Абрамовіц - Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Мелвілл, Нью-Йорк, 11747.

Меттью Дж. Паррі-Хілл і Майкл У. Девідсон - Національна лабораторія високого магнітного поля, 1800 р. Схід Пол Дірак, доктор університету штату Флорида, Таллахассі, Флорида, 32310.