Свет является двояким природным явлением.С одной стороны, он обладает свойствами фотонного (квантового) потока, с другой стороны, обладает свойствами электромагнитной волны. Свойства квантового потока можно исследовать только в среде элементарных частиц, в минералах же можно наблюдать только его волновые качества. Так как время движения между фотонами измеряется в пределах 10 -9 сек, этого заметить под микроскопом невозможно. При этом светопреломление, светоотражение и другие волновые свойства можно исследовать. Таким образом, ниже мы остановимся только на волновых свойствах света.
Свет относится к электромагнитным волнам и имеет среднюю длину волн. Видимые глазу человека волны находятся в пределах длин волн от 380 до 770 нм. Другие электромагнитные волны имеют следующие параметры: радиоволны – более 0,1 м, инфракрасные волны – от 770 нм до 1 мм, ультрафиолетовые – 10-380 нм, рентгеновские лучи - 10 -7 -10 -12 м, гамма излучение – менее 0,1 нм.
Световые волны, как и другие электромагнитные волны могут изменятся под воздействием электрических и магнитных напряжений. Векторы электрической и магнитной напряженности взаимно перпендикулярны и перпендикулярны к направлению распространения света. Как известно, из курса общей физики, все электромагнитные волны являются гармоническими колебаниями. Для того чтобы представить это явление рассмотрим проекцию движения точки по круговой траектории на прямую параллельную движению света (рисунок 1. 1). Проекциями точки Р, которая движется по окружности и по направлению движения света отражается на точки Р 1 и Р 2 , при этом углы a и a 1 называются фазами колебательного движения. Время движения точки Р в точку Р 8 называется периодом колебания. Величина обратная периоду (1/Т) называется частотой колебания, она определяет окраску света. Величина наибольшего отклонения ОР 2 и ОР 6 называется амплитудой колебания (А). Она определяет силу света. Расстояние, которое точка преодолевает за один период, называется длиной волны ( ); = νТ.
По особенностям плоскости колебания свет может быть естественным и поляризованным. Если векторы электрической и магнитной напряженностей имеют различное направление и изменяют свое направление в течение времени, то такой свет называют естественным (рис. 1.1).
Если колебание света происходит в одной плоскости, то такой свет называют плоскополяризованным светом (рисунок 1 б). Плоскость колебания световой волны называют плоскостью колебания и обозначают буквой Q. Она параллельна плоскости электрического вектора. Плоскость, перпендикулярная к плоскости колебания, называется плоскостью поляризации и обозначается как Р, она параллельна плоскости магнитного вектора. Поляризация света возникает при отражении или проникновении сквозь кристаллические вещества. Плоскость поляризации отраженного светового луча совпадает с плоскостью падения луча, а колебание волны происходит в перпендикулярной плоскости. Прибор, с помощью которого получают поляризованный свет, называется поляризатором.
Рисунок 1.1 - Схема электромагнитного колебания: 1 - ествественный свет, 2 - плоскополяризованный, Е - вектор электрической напряженности, Н - вектор магнитной напряженности
В петрографическом микроскопе поляризатор изготовлен из кристалла прозрачного кальцита (исландского шпата) или поляроида. Такой поляризатор был изробретен У.Н.Николем и в его честь он был назван призмой Николя или николем. Такие поляризаторы основаны на свойствах анизотропных кристаллов поляризовать проходящий через них свет.
Поляризатор изготавливается из прозрачного кристалла кальцита следующим образом. Кристалл кальцита делится на две части по его короткой диагонали под углом 90 0 к одной из граней. Затем их приклевают друг к другу канадским бальзамом (рисунок 1.2). Показатель преломления канадского бальзама 1,537.
Луч естественного света, попадая на поляризатор, делится кристаллом кальцита на два луча, имеющие взаимно перпендикулярные плоскости колебания. Плоскость колебания луча S 0 перпендикулярна плоскости чертежа и показатель преломления минерала в этой плоскости для этого луча 1,658. Плоскость колебания луча S е совпадает с плоскостью чертежа и показатель преломления минерала в этой плоскости 1,536. Так как луч S 0 , имея показатель преломления большее, чем у бальзама, и угол падения больше предельного угла, то, достигнув поверхности разреза, полностью отражается (см. 2 параграф). Отраженный луч полностью поглощается черным (металлическим) оправой николя.
Луч S е проходит сквозь бальзам, не претерпев никаких изменений, так как показатель преломления одинаковый с показателем преломления бальзама. После выхода из николя луч S е колеблется в плоскости, которую приобрел в кристалле кальцита. Таким образом, происходит поляризация световой волны призмой Николя.
В петрографическом микроскопе таких николей два. Нижний николь называют поляризатором, используют его для получения поляризованного света. Верхний называют анализатором, используют его для проверки поляризации света. Устройство поляризатора и анализатора одинаковое, разница только в их предназначении.
Для получения поляризованного света также используются другие призмы, к примеру, призмы Пренса, Глана, Празмовского и других. Принцип получения поляризованного света в них похож на призмы Николя.
В современных микроскопах используются поляроиды. Поляроиды изготавливаются из поливиниловых пластинок. На его поверхность наклеивают очень тонкие параллельные между собой кристаллы. Используют поляризующие свойства кристаллов, один из поляризованных лучей проходит через кристалл, второй полностью поглощается. Поляроиды гораздо дешевле призм, к тому же их можно изготовить любых размеров. Поэтому в технике сейчас используются, в основном, поляроиды.
Рисунок 1.2 – Ход света в призме Николя