Оптические методы это методы исследования вещества под оптическим микроскопом.

Оптическими методами определяют:

1. Размеры зерен кристаллов.
2. Информацию о включениях. (другая фаза - другое вещество).
3. Информацию о фазовом составе вещества.
4. Информация о линейных дефектах и их плоскости.
5. Информация о полских и объемных дефектах.
6. Толщина пленки.
7. Физические свойства кристалла:
• Коэф. пропускания. η = ν/c.
• зависимость коэффициента преломления от приложенного к материалу электрического поля.
• Величину угла поворота плоскости поляризации.
• Величину коэффицента деполяризации вещества.
• Величину изменения коэффициента преломления, измеряемую вдоль напряжения электрического поля и перпендикулярную ему. Эффект Керра.
• Коэффициент α (B) - эффект Фарадея

Твердые тела непрозрачны для световых лучей, и поэтому их исследования проводятся в отраженном свете. Оптические методы основаны на явлении отражения света зеркально отполированной и химически протравленной поверхностью образца.

На рис. 12. представлена упрощенная схема получения изображения в металлографическом микроскопе.

Отшлифованный до зеркальной поверхности и протравленный специальными реактивами образец (шлиф) помещается перпендикулярно оптической оси микроскопа. Он освещается почти параллельным пучком света, создаваемым конденсорной линзой, полупрозрачным зеркалом и линзой объектива. Отраженный поверхностью образца свет попадает в объектив и фокусируется линзой объектива в фокальной плоскости линзы окуляра (плоскость первого изображения). Конечное изображение образца создается окуляром. В объектив попадает свет, отраженный элементами образца, приблизительно перпендикулярными оптической оси микроскопа. Лучи, отраженные элементами, расположенными наклонно к оптической оси микроскопа, не попадут в объектив. В результате на конечном изображении образца, создаваемом окуляром, все элементы, нормальные оптической оси микроскопа, будут светлыми, а все наклоненные - темными.

Рис. 12. Схема получения изображения объекта в металлографическом микроскопе.

Для выявления таких областей поверхность шлифа обрабатывается специальными химическими реактивами (травителями), которые поразному реагируют с различными структурными составляющими образцов.

Так, фазовый анализ, разработанный для изучения состава сталей и чугунов, основан на том, что различные по химическому составу компоненты (фазы) поразному протравливаются.

Изучение морфологических особенностей - размеров и формы зерен в поликристаллах - возможно потому, что границы зерен вытравливаются в канавки, стенки которых расположены наклонно к оптической оси микроскопа.

Степень дефектности материалов оценивается по величине плотности дислокаций, представляющих собой линейные дефекты структуры кристалла. Плотность дислокаций рассчитывается как число ямок, образующихся при обработке поверхности шлифа специальными химическими реактивами, на см². Контроль за величиной плотности дислокаций очень важен в современной технологии изготовления приборов твердотельной микроэлектроники: в ряде случаев необходимо выращивать практически бездислокационные кристаллы. Кроме того, симметрия ямок травления дает информацию о симметрии кристалла и ориентации зерен поликристалла.

В сегнетоэлектрических материалах оптические методы позволяют выявить сегнетоэлектрические домены, поскольку скорость их травления зависит от ориентации вектора поляризации относительно поверхности кристалла.

В ферромагнетиках домены выявляются путем нанесения на поверхность магнитного вещества.

Разрешающая способность микроскопа связана с длиной волны используемого излучения. Эффективная длина волны обычного белого света, используемого в оптической микроскопии, порядка 550 нм, что обеспечивает разрешение ≈220 нм.

Увеличить разрешение можно, уменьшив длину волны. Однако использовать электромагнитное излучение рентгеновского диапазона с длинами волн, лежащими в интервале 0.5 - 5 нм, в схеме обычной оптической микроскопии нельзя вследствие невозможности изготовления фокусирующих линз. Тем не менее уже в 1947 г. впервые были получены изображения на плоских и вогнутых зеркалах, и зеркальная рентгеновская оптика скользящего падения начала интенсивно развиваться [23].

Определение линейного увеличения микроскопа и показателя преломления стекла.

Микроскоп состоит из объектива, окуляра и осветительного приспособления. Объектив микроскопа должен давать действительное, обратное и увеличенное изображение малых предметов. По этому рассматриваемый предмет AB располагается немного дальше главного фокуса объектива, а объектив имеет небольшое фокусное расстояние(несколько миллиметров). Изображение A'B' предмета AB получается за двойным фокусным расстоянием по другую сторону объектива. Объектив микроскопов представляет собой сложную систему линз, в которой устранены сферическая и хроматическая аберрация и прочие недостатки.

Увеличенное изображение A'B' предмета AB рассматривается далее через окуляр, действующий как лупа. Окуляры микроскопов также имеют малые фокусные расстояния и собираются обычно по системе Гюйгенса. При рассматревании через окуляр действительного изображения A'B' предмета, полученного от объектива, это изображение должно располагаться между окуляром и его главным фокусом весьма близко к фокальной плоскости окуляра. Расстояние между внутренними главными фокусами объектива и окуляра называется оптической длиной σ микроскопа.

Увеличение микроскопа можно рассчитать по увеличению объектива и окуляра.

Увеличение объектива равно приближенно отношению оптической длины микроскопа к главному фокусному расстоянию f_об объектива.

Увеличение окуляра, как и любой лупы, равно отношению расстояния наилучшего зрения(25 см) к главному фокусному расстоянию f_ок окуляра.

Тогда увеличение микроскопа N равно произведению увеличений объектива и окуляра: N = (σ *25)/(f_ок*f_об) [24].

Рис. 13. Микроскоп

Рис. 14. Построение изображения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, ДИСПЕРСИИ И РАЗРЕШАЮЩЕЙ СИЛЫ СТЕКЛЯННОЙ ПРИЗМЫ СПЕКТРОМЕТРОМ.