مسافر007
30th July 2011, 08:03 PM
مفاهيم پايه
كلسيت (CaCO3) نوعي كريستال دوشكستي است كه در سال1669«اراسموس بارتولين» پديده دو شكستي آن را كشف كرد. زماني كه اين كريستال روي نوشته‌اي قرار مي‌گيرد، از آن دو تصوير حاصل مي‌كند. براي يك پرتو نور كه بطور عمود به سطح كريستال مي‌رسد، در داخل كريستال دو پرتو خواهيم داشت.
يكي از اين پرتوها را پرتو عادي مي‌گويند كه تابع قانون اسنل است و سرعت و ضريب شكست ثابتي دارد. پرتو دوم ، از قانون اسنل تبعيت نمي‌كند و آنرا پرتو غير عادي مي‌گويند. اين پرتو در امتدادهاي مختلف داخل بلور ، سرعتهاي متفاوت و به تبع آن ضريب شكستهاي مختلف خواهد داشت.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/1/1d/nicolprism20.gif
در سال 1678«هويگنس» كشف كرد كه پرتوهاي عادي و غيرعادي ، نور قطبيده هستند. پس وقتي پرتوي ، روي كريستال دوشكستي فرود مي‌آيد، به دو پرتو كه در دو راستاي متفاوت انتشار مي‌يابند، تقسيم مي‌شود. و در هنگام خروج از كريستال دو باريكه پلاريزه خطي بدست مي‌آيد و اين باعث مي‌شود كه دو تصوير از يك شيئ واحد ديده شود. اگر كريستال را روي جسم بچرخانيم، يكي از اين تصويرها ثابت مي‌ماند و تصوير ديگر حول آن مي‌چرخد و در لحظه خاصي اين دو تصوير روي هم منطبق مي‌شوند.
تصوير ثابت ، همان تصويري است كه از پرتوهاي عادي بدست مي‌آيد. تصوير چرخان هم ، تصوير حاصل از پرتوهاي غير عادي مي‌باشد. جايي كه دو تصوير به يك تصوير واحد تبديل مي‌شوند، محل محور نوري كريستال است. در روي محور نوري ، تمام خصوصيات پرتوهاي عادي و غيرعادي يكسان است.
دو نوع كريستال دوشكستي داريم: كريستال دوشكستي مثبت و كريستال دوشكستي منفي. اگر سرعت پرتو عادي بيشتر از پرتو غير عادي باشد، كريستال را مثبت گويند. به عبارت ديگر ، در كريستال مثبت ، ضريب شكست پرتو عادي كمتر از ضريب شكست پرتو غير عادي مي‌باشد.
اگر سرعت پرتو غيرعادي ، بيشتر از پرتو عادي باشد، كريستال را منفي گويند. يعني در كريستال منفي ، ضريب شكست پرتو غير عادي كمتر از ضريب شكست پرتو عادي است. كلسيت از نوع منفي كريستال مي‌باشد كه به عنوان مثال براي نور زرد ، ضريب شكست پرتو عادي كلسيت 1.69 و ضريب شكست پرتو غيرعادي آن 1.48 مي‌باشد (1.48<1.69).
اگر جلوي عبور يكي از اين پرتوها را بگيريم، يا آن را به نحوي منحرف كنيم، پرتو ديگر ، پرتو قطبيده‌اي با درجه قطبش بالا خواهد بود. منشور نيكول اولين كريستال دو شكستي قطبنده‌اي است كه براي اين منظور ساخته شده است.
منشور نيكول
در سال 1828«ويليام نيكول» منشوري ساخت كه به نام منشور نيكول معروف شد. او قطعه‌اي از كريستال كلسيت طبيعي را انتخاب كرد كه به شكل متوازي السطوحي با زاويه حاده 71 درجه بود ( ساختار هندسي توده كلسيت بصورت متوازي السطوح است).
نيكول برشهايي را در طرفين كريستال ايجاد كرد، تا جايي كه زاويه 71 درجه به 68 درجه كاهش يافت، سپس كريستال را در امتداد قطر كوچك آن به دو قسمت تقسيم كرد و با چسبي بنام صمغ كانادا (Canada Balsam) اين دو قطعه را به هم وصل كرد ( صمغ كانادا چسبي شفاف براي نور مرئي است، كه ضريب شكست آن براي نور زرد 1.55 مي‌باشد). بدين ترتيب ، كلسيت به منشور بي‌رنگي بنام منشور نيكول تبديل مي‌شود.
نحوه عملكرد منشور نيكول
مي‌دانيم كه نور طبيعي در تمام جهات قطبش دارد، (ميدان الكتريكي آن در تمام جهات مولفه دارد) اگر اين نور تحت زاويه‌اي نسبت به محور نوري به منشور نيكول بتابد، در اولين سطح جدايي (بين هوا و لبه منشور) پديده دو شكستي ، آن را به مولفه‌هاي قطبيده موازي و عمود بر محور نوري تجزيه مي‌كند.
بنابراين در دومين سطح جدايي (بين لبه بريده شده منشور و صمغ كانادا) دو پرتو داراي زاويه تابش متفاوتي خواهند بود. با توجه به اينكه ضريب شكست كلسيت براي پرتو غير عادي و ضريب شكست صمغ كانادا تقريبا باهم برابرند، لذا پرتو غير عادي با كمي بازتابش وارد نيمه دوم كريستال مي‌شود و در نهايت از طرف ديگر بلور در امتداد موازي با پرتو فرودي و با كمي جابجايي خارج مي‌شود.
ولي در مورد پرتو عادي ، چون ضريب شكست كلسيت بيشتر از ضريب شكست صمغ كانادا است، يعني نور از محيط غليظ وارد محيط رقيق مي‌شود، پس احتمال بازتابش داخلي كلي وجود دارد. بدين ترتيب ، پرتو عادي پس از بازتابش كلي ، به طرف قاعده منشور منحرف مي‌شود.
حال اگر مجموعه‌اي از پرتوها را به منشور نيكول بتابانيم، پرتوهاي غيرعادي از وجه مقابل و پرتوهاي عادي از قاعده خارج مي‌شوند. در اغلب موارد ، روي قاعده موادي قرار مي‌دهند تا پرتو بازتاب يافته را جذب كند و فقط از پرتوهاي قطبيده عبوري استفاده مي‌كنند. ولي در بعضي از دستگاههاي نوري ، پرتوهاي بازتابيده نيز كه داراي درجه قطبش بالايي هستند، در قسمت ديگري از سيستم مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
در منشورهاي پيشرفته بجاي صمغ كانادا ، لايه نازكي از مواد خاصي را قرار مي‌دهند. امروزه معروفترين اين منشورها ، منشور گالن تيلور مي‌باشد كه بهترين قطبش دهنده نور است و مي‌توان گفت نور عبوري تماما قطبيده است. منشور نيكول اغلب به عنوان يك آناليزور استفاده مي‌شود، فقط در ساخاريمتر (Saccharimeter) به عنوان پلاريزور مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
منبع:هوپا
كلسيت (CaCO3) نوعي كريستال دوشكستي است كه در سال1669«اراسموس بارتولين» پديده دو شكستي آن را كشف كرد. زماني كه اين كريستال روي نوشته‌اي قرار مي‌گيرد، از آن دو تصوير حاصل مي‌كند. براي يك پرتو نور كه بطور عمود به سطح كريستال مي‌رسد، در داخل كريستال دو پرتو خواهيم داشت.
يكي از اين پرتوها را پرتو عادي مي‌گويند كه تابع قانون اسنل است و سرعت و ضريب شكست ثابتي دارد. پرتو دوم ، از قانون اسنل تبعيت نمي‌كند و آنرا پرتو غير عادي مي‌گويند. اين پرتو در امتدادهاي مختلف داخل بلور ، سرعتهاي متفاوت و به تبع آن ضريب شكستهاي مختلف خواهد داشت.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/1/1d/nicolprism20.gif
در سال 1678«هويگنس» كشف كرد كه پرتوهاي عادي و غيرعادي ، نور قطبيده هستند. پس وقتي پرتوي ، روي كريستال دوشكستي فرود مي‌آيد، به دو پرتو كه در دو راستاي متفاوت انتشار مي‌يابند، تقسيم مي‌شود. و در هنگام خروج از كريستال دو باريكه پلاريزه خطي بدست مي‌آيد و اين باعث مي‌شود كه دو تصوير از يك شيئ واحد ديده شود. اگر كريستال را روي جسم بچرخانيم، يكي از اين تصويرها ثابت مي‌ماند و تصوير ديگر حول آن مي‌چرخد و در لحظه خاصي اين دو تصوير روي هم منطبق مي‌شوند.
تصوير ثابت ، همان تصويري است كه از پرتوهاي عادي بدست مي‌آيد. تصوير چرخان هم ، تصوير حاصل از پرتوهاي غير عادي مي‌باشد. جايي كه دو تصوير به يك تصوير واحد تبديل مي‌شوند، محل محور نوري كريستال است. در روي محور نوري ، تمام خصوصيات پرتوهاي عادي و غيرعادي يكسان است.
دو نوع كريستال دوشكستي داريم: كريستال دوشكستي مثبت و كريستال دوشكستي منفي. اگر سرعت پرتو عادي بيشتر از پرتو غير عادي باشد، كريستال را مثبت گويند. به عبارت ديگر ، در كريستال مثبت ، ضريب شكست پرتو عادي كمتر از ضريب شكست پرتو غير عادي مي‌باشد.
اگر سرعت پرتو غيرعادي ، بيشتر از پرتو عادي باشد، كريستال را منفي گويند. يعني در كريستال منفي ، ضريب شكست پرتو غير عادي كمتر از ضريب شكست پرتو عادي است. كلسيت از نوع منفي كريستال مي‌باشد كه به عنوان مثال براي نور زرد ، ضريب شكست پرتو عادي كلسيت 1.69 و ضريب شكست پرتو غيرعادي آن 1.48 مي‌باشد (1.48<1.69).
اگر جلوي عبور يكي از اين پرتوها را بگيريم، يا آن را به نحوي منحرف كنيم، پرتو ديگر ، پرتو قطبيده‌اي با درجه قطبش بالا خواهد بود. منشور نيكول اولين كريستال دو شكستي قطبنده‌اي است كه براي اين منظور ساخته شده است.
منشور نيكول
در سال 1828«ويليام نيكول» منشوري ساخت كه به نام منشور نيكول معروف شد. او قطعه‌اي از كريستال كلسيت طبيعي را انتخاب كرد كه به شكل متوازي السطوحي با زاويه حاده 71 درجه بود ( ساختار هندسي توده كلسيت بصورت متوازي السطوح است).
نيكول برشهايي را در طرفين كريستال ايجاد كرد، تا جايي كه زاويه 71 درجه به 68 درجه كاهش يافت، سپس كريستال را در امتداد قطر كوچك آن به دو قسمت تقسيم كرد و با چسبي بنام صمغ كانادا (Canada Balsam) اين دو قطعه را به هم وصل كرد ( صمغ كانادا چسبي شفاف براي نور مرئي است، كه ضريب شكست آن براي نور زرد 1.55 مي‌باشد). بدين ترتيب ، كلسيت به منشور بي‌رنگي بنام منشور نيكول تبديل مي‌شود.
نحوه عملكرد منشور نيكول
مي‌دانيم كه نور طبيعي در تمام جهات قطبش دارد، (ميدان الكتريكي آن در تمام جهات مولفه دارد) اگر اين نور تحت زاويه‌اي نسبت به محور نوري به منشور نيكول بتابد، در اولين سطح جدايي (بين هوا و لبه منشور) پديده دو شكستي ، آن را به مولفه‌هاي قطبيده موازي و عمود بر محور نوري تجزيه مي‌كند.
بنابراين در دومين سطح جدايي (بين لبه بريده شده منشور و صمغ كانادا) دو پرتو داراي زاويه تابش متفاوتي خواهند بود. با توجه به اينكه ضريب شكست كلسيت براي پرتو غير عادي و ضريب شكست صمغ كانادا تقريبا باهم برابرند، لذا پرتو غير عادي با كمي بازتابش وارد نيمه دوم كريستال مي‌شود و در نهايت از طرف ديگر بلور در امتداد موازي با پرتو فرودي و با كمي جابجايي خارج مي‌شود.
ولي در مورد پرتو عادي ، چون ضريب شكست كلسيت بيشتر از ضريب شكست صمغ كانادا است، يعني نور از محيط غليظ وارد محيط رقيق مي‌شود، پس احتمال بازتابش داخلي كلي وجود دارد. بدين ترتيب ، پرتو عادي پس از بازتابش كلي ، به طرف قاعده منشور منحرف مي‌شود.
حال اگر مجموعه‌اي از پرتوها را به منشور نيكول بتابانيم، پرتوهاي غيرعادي از وجه مقابل و پرتوهاي عادي از قاعده خارج مي‌شوند. در اغلب موارد ، روي قاعده موادي قرار مي‌دهند تا پرتو بازتاب يافته را جذب كند و فقط از پرتوهاي قطبيده عبوري استفاده مي‌كنند. ولي در بعضي از دستگاههاي نوري ، پرتوهاي بازتابيده نيز كه داراي درجه قطبش بالايي هستند، در قسمت ديگري از سيستم مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
در منشورهاي پيشرفته بجاي صمغ كانادا ، لايه نازكي از مواد خاصي را قرار مي‌دهند. امروزه معروفترين اين منشورها ، منشور گالن تيلور مي‌باشد كه بهترين قطبش دهنده نور است و مي‌توان گفت نور عبوري تماما قطبيده است. منشور نيكول اغلب به عنوان يك آناليزور استفاده مي‌شود، فقط در ساخاريمتر (Saccharimeter) به عنوان پلاريزور مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
منبع:هوپا