Устройство для исследования поляризационных свойств анизотропных материалов

Устройство для исследования поляризационных свойств анизотропных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯРИЗАИИОННЬЧС СВОЙСТВ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее источник излучения, оптический блок, включающий модулятор мощности излучения , измерительную камеру и фотоприемник , соединенный с блоком обработки информации, включающим последовательно соединенные селективный усилитель и синхронный детектор с фазосдвигающим устройством, отличающееся , тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров и упрощения процесса, измерения , в нем источник излучения выполнен с возможностью регулированияия спектрального состава излучения, в оптический блок введены первый светоделитель ный элемент, установлен1 ый по ходу луча под углом 2fi «.)4 к его оси, плоские зеркала, установленные по ходу отраженного и пpoшедшего лучей параллельно светоделитель ному элементу, второй светоделительный элемент, установленный в TO4Jf ке пересечения отраженных зеркалами лучей параллельно первому светоделительному элементу, два поляризатора, каждый из которых расположен между зеркалом и вторым светоделительным элементом по ходу каждого из лучей, причем оси пропускания поляризаторов установленыс различными азимутами, а модулятор мощности излучения установлен с возможностью поочередного перекрытия каждого из лучей, разделенных первым светоделительным элементом , измерительная камера выполнена с возможностью регулирования температуры и снабжена электродами для образцов, в устройство введен поляризационно-чувствительный анализирующий блок, установленный по (Л ходу одного из разделенных вторьпч светоделительным элементом лучей, причем азимут оси наибольшей чувствительности этого блока сог.пасован с азимутами осей пропускания поляризаЬгоров , а в блок обработки информации Ёведены селективный усилитель, вход которого соединен с выходом поляриза- ; ционно-чувствительного анализирующе4 го блока,а выход соединен с опорным СЛ входом синхронного детектора, и фильтр низких частот, подключенный к выходу синхронного детектора-. 2.Устройство ПОП.1, oтличaю щ .е е с я тем, что светоделительные элементы и зеркала установлены по ходу луча под углом 21

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

П9 {П>

3{Я) " 01 J 4/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3378223/18-25 (22) 04. 01. 82 (46) 30. 09. 83. Бюл. Р 36 (72) В. B. Коротаев, Г:А.Медведкин;

Э.Д. Панков и t0. Â. Póäü (71) Ордена Ленина физико-технический институт им.A.Ô.Иоффе и Ленинградский институт точной механики и оптики (53) 535.411 (088 .8) (56) 1.Hemi(à S., Bube R. Opticaf

Quenching of Photoconductivity in

CdS, ZnS сгуз аРз. J.AppP. Phys.

v. 38, Р 13, р. 5260, 1967. .2. Годик Э.Э и др. Установка для исследования поляризационных эффектов в фотопроводимости. †Приборы и техника эксперимента, 1977, Р 5, с. 199.. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯРИЗАПИОННЬХ СВОЙСТВ АНИЗОТРОПН1{Х МАТЕРИАЛОВ, содержащее источник излучения, оптический блок, включающий модулятор мощности излучения, измерительную камеру и фотоприемник, соединенный с блоком обработки информации, включающим последовательно соединенные селективный усилитель и синхронный детектор с фазосдвигающим устройством, о т л ич а ю щ е е с я . тем, чэо, с целью расширения диапазона измеряемых параметров и упрощения процесса.измерения, в нем источник излучения выполнен с возможностью регулированияия спектрального состава излучения, в оптический блок введены первый светоделительный элемент, установленный по ходу луча под углом 21) ca c 29л -. к его оси, плоские зеркала, установленные по ходу отраженного и про шедшего лучей параллельно светоделительному элементу, второй светоделительный элемент, установленный в точ ке пересечения отраженных зеркалами лучей параллельно первому светоделительному элементу, два поляризатора, каждый из которых расположен между зеркалом и вторым светоделительным элементом по ходу каждого из лучей, причем оси пропускания поляризаторов установлены с различными азимутами, а модулятор мощности излучения установлен с возможностью поочередного перекрытия каждого из лучей, разделенных первым светоделительннм элементом, измерительная камера выполнена с возможностью регулирования температуры и снабжена электродами для образцов, в устройство введен поляризационно-чувствительный ана- <р с лизирующий блок, установленный по ходу одного из разделе нных в торым светоделительным элементом лучей, причем азимут оси наибольшей чувст- С вительности этого блока согласован с азимутами осей пропускания поляриза торов, а в блок обработки информации

Введены селективный усилитель, вход которого соединен с выходом поляризационно-чувствительного анализирующего блока, а выход соединен с опорным входом синхронного детектора, и фильтр низких частот, подключенный к выходу синхронного детектора..

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ .е е с я тем, что светоделительные элементы и зеркала установлены по ходу луча под углом 2 I< + и /4 к его оси, а поляризационно-чувствительный анализирующий блок выполнен в виде поляризационно-чувствительно- ф го фо тоде тек тора .

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что электроды для

Ьбразцов измерительной камеры соединены с входом селективного усилителя, соединенного с фотоприемником.

1045004

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к конструкциям устройств для исследования свойств материалов с применением поляризованного света, и может быть использовано при исследовании прозрачных материалов (стекол, кристаллов и т.д.} c естественной и наведенной анизотропией, а также фазочувствительных материалов, например полупроводниковых кристаллов и пленок с 10 изотропной и анизотропной структурами.

Известно устройство для исследования поляризационных свойств аниэотроп ных ма териалов при оптическом 1 5 гашении фотопроводимости, состоящее из источника белого света, фокусирующей линзы, монохроматора, поляризатора и изучаемого полупроводникового кристалла, установленных по ходу луча света, а также лампы накаливания с интерференционным фильтром для подставки образца и блока обработки информации (1J .

Недостатки данного устройства 25 заключаются в низком быстродействии, поскольку для изменения положения плоскости поляризации необходим поворот поляризатора, который производится вручную, а также в низких чувствительности к поляризационному изменению фотопроводимости и спектральной точности, так как не используется дифференциальная методика исследования поляризационных свойств.

Наиболее. близким к предлагаемому 35 является устройство для исследования поляризационных свойств аниэотропных материалов, содержащее источник излучения, оптический блок, включаю- щий модулятор мощности .излучения, 40 измерительную камеру и фотоприемник, соединенный с блоком обработки информации, включающим последовательно соединенные селективный усилитель и синхронный детектор с фазосдвигающим устройством (2J .

К недостаткам известного устройства относятся малый диапазон изме,Ряемых параметров сложность процесса измерения. 50

Бель из о бре те ния — расширение диапазона изМеряемых параметров и упрощение процесса измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для исследования поляризационных свойств анизотропных материалов, содержащем источник излучения, оптический блок, включающий модулятор мощности йэлучения, измерительную камеру и фотоприемник, соединенный с блоком обработки информации, включающим последовательно соединенные селективный усилитель и синхронный детектор с фазосдвигающим устройством, источник излучения выполнен с возможностью регулирования 65 спектрального состава излучения, в оптический блок введены первый светоделительный элемент, установленный по ходу луча под углом 211 с с23 + и /2 к его оси, плоские зеркала установ-. ленные rro ходу отраженного и прошедшего лучей параллельно светоделитель ному элементу, второй св етоделительный элемент, установленный в точке пересечения отраженных зеркалами лучей параллельно. первому светоделительному элементу, два поляризатора, каждый из которых расположен между зеркалом и вторым светоделительным элементом IIo ходу каждого иэ лучей, ° причем оси пропускания поляризаторов установлены с различными азимутами, а моцулятор мощности излучения установлен с воэможностью поочередного перекрытия каждого из лучей,разделенных первым светоделительньм элементом, измерительная камера выполнена в воэможностью регулирования температчры и снабжена электродами для образцов, в устройство введен поляризационно-чувствительный анализирующнй блок, установленный по ходу одного иэ разделенных вторым светоделительным элементом лучей, причем азимут оси наибольшей чувствительности этого блока согласован с азимутами осей пропускания поляризаторов,а в блок обработки информации введены селективный усилитель, вход которого соединен с выходом поляризационно-чувствительного анализирующего блока, а выход соединен с опорным входом синхрониого детектора, и фильтр низких частот, под; ключенный к выходу синхронного детектора.

Светоделительные элементы и зерка. ла установленй по ходу луча под уг. и. Л лом 2и + и /4 к era оси,а поляриэационно-чувствительный анализирующий блок выполнен в виде поляризационочувствительного фотодетектора.

Электроды для образцов измерительной камеры соединены с входом селективного усилителя, соединенного с фотоприемником.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, оптический блок 2, поляриэационно-чувствительный анализирующий блок 3, измерительную камеру 4 и блок обработки информации.

Оптический блок 2 включает светаделительные элементы 6 и 7, зеркала

8 и 9, модулятор 10 мощности излучения, поляризаторы 11 и 12 °

Блок 3 вложет быть выполнен в вице поляриэационно-чувствительного фотодетектора.

Измерительная камера 4 может быть выполнена в .виде держателя образца 13 с электродами, закрепленного в юстиравочном устройстве 14 и

1045004 помещенного н экранированный термостат 15. После измерительной камеры по ходу луча расположен фотоприемник 16.

Блок обработки информации включает селективные усилители 17 и 18, синхронный детектор 19 и фильтр 20 низких. частот.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 попадает в tO оптический блок 2 и делится светоделительным элементом 6. Модулятор

10 мощности излучения, вращаемый двиателем, прерывает излучение н каждом плече оптического блока поочередно, поэтому модуляция осуществляется в противофазе. Поляризаторы 11 и 12 задают различные состояния поляризации лучей, например взаимно ортогональные. Зеркала 8 и 9 и светоделительный элемент 7 направляют лучи по основному и опорному каналам. Таким образом, на исследуемый образец анизотропного материала поступают. светоные импульсы, последонательно поляризованные н различных плоскостях, например во взаимно ортогональных, и сдвинутых во времени по фазе на

180О . Суммарный поток излучения, прошедший исследуемый образец, имеет переменную составляющую, амлитуда которой пропорциональна разности коэффициентов пропускания анизотропного материала для света с различными состояниями поляризации. Фаза пере, менной составляющей потока излуче ния определяется знаком разности коэффициентов пропускания, который может меняться с длиной волны излучения. Сигнал преобразуется фотоприемником 16 либо исследуемым образом 40 в измерительной камере иэ оптического в электрический, селективный усилитель 17 выделяет переменную составляющую. Далее сигнал поступает на синхронный детектор 19 и умножается на и5 независимую от него: периодическую величину, называемую вектором коммутации, который образуется путем подачи на синхронный детектор опорного сигнала. Опорный сигнал формируется с помощью поляризационно-чунствительного анализирующего блока 3 и селективного усилителя 18. Так как поляриэационно-чувствительный блок имеет большую чувствительность к излучениям с одним из состояний поляризации, например с азимутом 0

0 то фаза опорного сигнала не изменяется. Селективный, усилитель 18 выделяет и усиливает переменную составляющую опорного сигнала, которая 60 поступает на опорный .вход синхронного детектора 19. На выходе синхронного детектора появляется постоянный сигнал, величина которого пропорциональна измеряемой величине, а знак 5 определяется знаком измеряемой величины. Фильтр 20 низких частот уме шает влияние высокой частотной поме хи, которая может появиться на выхо,. синхронного детектора.

При перекрытии одного иэ лучей между снетоделительными элементами

6 и 7 на исследуемый образец поступ,. ет излучение только с одним состоянием поляризации, например с азимутом 0 или 90 . При этом на выходе устройства поянляется величина, равная коэффициенту пропускания анизотропного материала или чунстнктельности фотоприемника на основе этого материала для света с соответствующе состоянием поляризации. Регулируя длину волны возбуждающего излучения источника 1 и температуру термостата 15, можно измерить спектральное распределение и температурную зависимость указанных величин.

Ь качестве примера приведено устройство, изготовленное на основе монсхраматора бРМ-2 с лампой белого света ПЖ-24, которые используются в качестве источника с регулируемым спектральньж составом. Снетоделительные элементы и зеркала выполнены н виде плоскопараллельных пластин к из оптического стекла; на отражающую поверхность, зеркал нанесен слой алюминия. В качестве поляризаторов, оси пропускания которых установлены с а.зимутами 0 и 90, использованы поляроиды ПФ-42. Поляриэационно-чувствительный детектор изготовлен на основе диодной структуры из одноосного фоточувствительного полупроводника, а азимут оси наибольшей чувствительности поляризационно-чувствительного анализирующего блока установлен параллельно азимуту оси пропускания второго поляризатора. Модулятором мощности излучения служит механический прерыватель в виде диска с прорезями, который вращается гистерезисньм двигателем Г-31А. Измерительная камера содержит держатель образца, закрепленный в юстировочном устройстве, которое выполнено на основе червячно-дисковой передачи и помещено в акраниронанный сосуд Дьюара с оптическим изотропными окнами. В блоке обработки информации в качестве селективных усилителей используются микронольтметры селективные В6-4, а в качестве синхронного детектора преобразователь напряжения В9-2.

По сравнению .с прототипом, позволяющим работать только при фиксирован ной длине волны и постоянной температуре, предлагаемое устройство обладает более широкими функциональными возможностями, а именно позволяет непосредственно измерять коэффициенты пропускания,поглощения,сигналы фототока, фотонапряжения и т.п.

1045004

Составитель В. Котенев

Редактор А. Лежнина Техред Л. Пилипенко Корректор A Зимокосбв:

Заказ 7536/39 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 для света с различными состояниями поляризации, их спектральное рас— пределение, температурную зависимость и дифференциально-поляризационные спектры. Кроме того, оно позволяет автоматически получать на выходе исследуемые величины, что упрощает процедуры измерений по сравнению с прототипом. В предлагаемом устройстве также использованы унифицированные и дешевые элементы: поляризаторы, зеркала, r"ветоделители, тогда как в прототипе используются элементы более дорогие и дефицитные: электрооптический модулятор, четвертьвоннов а я плас тинка, источники питания электрооптического модулятора и т.д., что обеспечивает более низкую себестоимость предлагаемог о устройства.