3.4. Эллипсометрические исследования

Изменение состояния поляризации света при его взаимодействии с поверхностью твёрдого тела создаёт эллиптически поляризованный свет. Это оптическое явление было открыто физиками в XIX веке.

Метод эллипсометрии для целей диагностики минералов рас­сматривается в работах У.Вустера (1958), А.В.Соколова (I961), R. Archer (1968), B.A. Кизеля (1973), M.M. Горшкова (1974). Но широкого практического применения метод эллипсометрии не нашел, в связи с отсутствием в комплектах старых моделей рудных микроскопов эллиптических компенсаторов. В дальнейшем для эллипсометрических измерений были выпущены специальные приборы, например, прибор-эллипсометр фирмы «Гертнер».

Метод эллипсометрии применялся в Московском государственном университете А.Д. Ракчеевым, опубликовавшим специальное методическое руководство в 1989 году.

Метод эллипсометрии используется для изучения сильно поглощающих свет непрозрачных минералов, а также прозрачных минералов с высоким показателем преломления (таких как, например, гранат и циркон).

При коноскопических исследованиях при разных поворотах столика микроскопа и поворотах анализатора, можно определить дополнительные оптические характеристики минералов, причём некоторые из них можно оценить количественно:

• дисперсию вращения отражения,

• направление вращения отражения,

• видимый угол отражения,

• дисперсию видимого угла вращения,

• разность фаз линейных колебаний,

• знак разности фаз.

У изотропных минералов при полностью скрещенных николях в коноскопическом свете появляется чёрный крест, не исчезающий при вращении столика микроскопа, но при повороте анализатора чёрный крест распадается на две гиперболы (изогиры), расходящиеся в стороны по диагональным направлениям поля зрения, причем на вогнутых и выпуклых сторонах изогир появляются характерные цветные каймы (рис. 11). У анизотропных минералов черный крест распадается на изогиры у которых также появляются характерные цветные каймы и при вращении столика и при вращении анализатора. Расстояние, на которое расходятся изогиры вдоль диагонали поля зрения, является определённым для конкретного минерала.

Дисперсия вращения отражения. У анизотропных минералов в коноскопическом свете при вращении столика (или при повороте анализатора) коноскопическая фигура представляет собой распавшийся на изогиры чёрный крест. Изогиры наблюдаются в противоположных квадрантах поля зрения микроскопа. Вращение коноскопической фигуры, вызванное отражением, зависит от угла поворота анализатора (от положения его строгой скрещенности с поляризатором). Возникающие цветные каймы вкруг чёрных изогир характеризуют дисперсию вращения отражения. Если эллиптическая поляризация является сильной, то это проявляется в том, что у изогир только их концы имеют чёрный цвет, а средние их части как бы размыты и окрашены в жёлтый или оранжевый цвет. Цветные каймы обусловлены дисперсией отражения, возникающей вследствие анизотропии минерала и вызываемой вращением анализатора. Это два вида дисперсии отражения и они могут компенсировать или усиливать друг друга. Для каждой длины волны по обеим сторонам гипербол гасятся только те лучи, плоскости колебания которых перпендикулярны направлению повернутого анализатора. Цветные каймы вдоль выпуклых и вогнутых сторон изогир возникают при исследовании в белом сложном свете в связи с дисперсией угла вращения отражения для разных длин волн. Если углы вращения синего света больше, чем красного, то на вогнутых сторонах изогир возникают синие каймы, а на выпуклых – красные; при обратном соотношении углов вращения на разных сторонах изогир будет, соответственно, и обратное соотношение этих цветных кайм. Ю.Н. Кэмерон схему дисперсии предложил обозначить символами: ν > r (для первого случая) и r > ν (для второго случая). Дисперсия вращения отражения может служить диагностическим признаком.

Направление вращения отражения можно определить, если ми­нерал имеет спайность или он погасает в скрещенных николях парал­лельно своей кристаллографической оси. Затем столик микроскопа по­ворачивают на 45° от положения погасания (или трещин спайности) – зерно минерала просветляется. Потом анализатор поворачивают до дос­тижения самого тёмного положения. Если при этом поворот происходит против часовой стрелки, то направление вращения положительно, а ес­ли по часовой стрелке – отрицательное.

Большинство непрозрачных минералов имеет незначительный коэффициент абсорбции, поэтому отраженные от них лучи создают поляризационные фигуры, которые по виду мало отличаются от коноскопических фигур изотропных прозрачных минералов. А у высоко абсорбирующих минералов изогиры размыты, поскольку полностью не гасятся анализатором, и в средних частях окрашены в характерные для каждого минерала цвета.

Измерение вращательных свойств абсорбирующего минерала является анализом эллиптически поляризованного света.

Анализ эллиптических колебаний включает разложение эллипса колебаний на два линейных колебания, различающихся по фазе, затем компенсируют разность фаз путём введения вращающейся слюдяной пластинки. Слюдяную пластинку и анализатор вращают до тех пор, по­ка не возникает в поле зрения максимальная темнота при коноскопичес-ском наблюдении или пока центр поляризационного креста не станет возможно более чёрным – это значит разность фаз скомпенсирована равной, но противоположной разностью фаз слюдяного компенсатора.