Способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов

Способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть использовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифрактометрии. Сущность; регистрируют нэ длине кристалла пространственные периодические осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света, где интерферирующие между собой вдоль направления распространения обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы. Ориентируют оптическую ось кристалла по изменению периода осцилляции интенсивности света. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4827990/25 (22) 21.05.90 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (71) Научно-исследовательский институт ядерных проблем при Белорусском государственном университете им. В,И.Ленина (72) Ю,А;Войтукевич, B.Ï.Ëàïèöêèé и

M.Ã.Ëèâøèö (56) Вайнштейн Б.А. Методы структурной кристаллографии, Современная кристаллография.— М.: Наука, 1979, т. 1, с. 293.

Грум-Гржимайло С.В. Приборы и методы для оптического исследования кристаллов.— M.: Наука, 1972, с. 66 — 81.

Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть использовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифрактометрии.

Известен способ ориентации кристаллов, основанный на дифракции рентгеновского излучения в кристаллах. Известный способ позволяет определять кристаллогрэфические направления поданным рентгенодифракции и ориентировать. кристаллы с высокой точностью — порядка 10 — 30 .

Однако, известный способ ориентации кристаллов требует наличия сложной аппаратуры, специально обработанных образцов и, как правило, длительного времени проведения измерений, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов, основанный на зависимости интерференционной картины, возникающей при интерференции прошедшего через кристалл поляризованного излучения. от наs G 01 N 21/45, 6 03 Н 1/00 (54) СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ ОЦНООСНЫХ

ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ КРИСТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть использовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифрактометрии. Сущность; регистрируют нз длине кристалла пространственные периодические осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света, где интерферирующие между собой вдоль направления распространения обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы. Ориентируют оптическую ось кристалла по изменению периода осцилляций интенсивности света. 1 ил. правления распространения световой волны относительно оптической оси кристалла.

l1o изменениям, наблюдаемым в интерференционной (коноскопической) картине, осуществляют ориентацию оптической оси . кристалла за достаточно короткое эремя с точностью порядка 1 .

Недостатком известного способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов является низкая точность определения ориентации оптической оси кристалла.

Цель изобретения — повышение точности определения ориентации ofllè låñêoé оси кристалла.

Поставленная цель достигается тем, что в первом варианте способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов, основанном на зависимости интерференционной картины, возникающей при интерференции прошедшего через кристал поляризованного излучения, от направлении распространения световой волны относительно оптической оси кристалла, 1770849 направляют на кристалл монохроматический плоскополяризованный параллельный пучок когерентного излучения, возбуждающий в нем две ортогонально поляризованные волны. которые интерферируют междусобой вдоль направления распространения, регистрируют на фиксированной длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, число периодов пространственных периодических осцилляций интенсивности

- рассеянного в кристалле света и угол падения излучения на кристалл, поворачивают кристалл вокруг любой оси. перпендикулярной лучу света. в том направлении, при котором период осцилляций возрастает, до угла, при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляций и опять отмечают полученное значение угла, устанавливают кристалл в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов, повторяют операцию вращения анэлогичн,ым образом вокруг оси, ортогональной как предыдущей оси вращения, так и направлению луча света, кристалл опятьустанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции вращения.

Второй вариант способа отличается от первого тем, что кристалл поворачивают в двух взаимно ортогональных плоскостях до достижения периода осцилляций, превышающего длину кристалла, вдоль которой распространяется излучение.

Отличительной особенностью предлагаемого способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов является регистрация на длине кристалла, где интерферирующие между собой вдоль направления распространения обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле света и ориентации оптической оси кристалла по изменению периода осцилляций интенсивности света.

Предлагаемый способ как совокупность признаков в отличие от известных технических решений проявляет новое, не присущее известным объектам, содержащим признаки, выступающие как отличия от прототипа, свойство; зависимость числа пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле света нэ длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, от угла между

30 ный на двухосевом гониометре 2. Враща|ат кристалл вокруг любой оси, перпендикулярнвй лучу света, до появления пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле 3 света, которые фиксируют с помощью системы 4 сбора оптической информации и оптического регистратора 5.

Периодические пространственные осцилляции интенсивности рассеянного света в кристалле 3 появляются вследствие интерференции ортогонэльно поляризованных вол н в двулучеп реломля ющих средах. Так, если монохроматическое излучение с длиной волны А распространяется под углом

Ф к оптической оси двулучепреломляющего кристалла, то в этом случае в кристалле возбуждаются две ортогонально поляризованные волны, которые. пройдя в кристалле путь длиной I, приобретают разность фаз

= — д — (по пе(Ф)), 2л (1) где пО и n<(6)- показатели преломления для обыкновенной и необыкновенной волны соответственно. С учетом зависимости показателя преломления для необыкновенной волны от угла Фи того, что (no/n ) =1 и г» з(п(Ф} =Ф при Фс < 1 из (1} следует

2 г», г (2) пг где Ь ЬО nel } = пФ, п =(по+ пе)/2. оптической осью кристалла и падающим на кристалл монохроматическим когерентным излучением. обеспечивающее достижение положительного эффекта — повышение точности определения ориентации оптической оси кристалла, Следовательно, заявляемый способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов представляет собой новую совокупность признаков как сочетэние известных признаков и нового технического свойства, что позволяет признать его соответствующим критерию "существенные отличия", На чертеже представлена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Схема устройства содержит источник 1 монохроматического плоскополяризованного когерентного излучения, двухосевой

20 гониометр 2, исследуемый кристалл 3, систему 4 сбора оптической информации и оптический регистратор 5.

Процесс ориентации, кристалла осуществляют следующим образом.

Излучение от источника 1 монохроматического плоскополяризованного когерентного излучения направляют на подлежащий ориентированию кристалл 3, установлен1770849

55 котором оптическая ось кристалла совпадает с направлением распространения опти-. ческого излучения.

При Ьо = тгплоскость поляризации результатирующей волны повернется на удвоенный у1ол между вектором поляризации падающей волны и главной плоскостью кристалла и, следовательно, в направлении, перпенди куля рном расп ростра нению излучения, будет наблюдаться максимум (минимум) интенсивности периодических осцилляций, а период d данной структуры составит и г1 г (3) г

После обнаружения пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле 3 света фиксируют значение угла между направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла с помощью гониометра 2 и число периодов осцилляций, укладывающихся на любой фиксированной длине кристалла 3, с помощью оптического регистратора 5. Затем кристалл 3 поворачивают вокруг любой оси, перпендикулярной лучу света, в том направлении, при котором период осцилляций возрастает и, следовательно, число N осцилляций уменьшается.

Так как число осцилляций равно

<1 2Лп 1 (4) пгА, то направление вращения в данном случае будет соответствоват. уменьшению угла между направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла.

При этом вращении кристалла 3 период осцилляций проходит через максимум, при этом возможно полное исчезновение осцилляций (т,е, период осцилляций превышает длину кристалла), а затем начинает убывать.

Кристалл продолжают вращать до угла, при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляций и опять отмечают полученное значение угла с помощью гониометра 2. Затем гониометр 2 устанавливают в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов. Далее операция вращения повторяется аналогичным образом вокруг оси, ортогональной как предыдущей оси вращения, так и направлению луча света.

Гониометр 2 опять устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции вращения. В результате установленное положение кристалла будет соответствовать направлению, при

8 том случае, если требуется быстрое определение положения оптической оси в образце кристалла с точностью порядка 2, то кристалл вращают в двух взаимно ортогональных плоскостях до достижения максимального периода осцилляций, Использование предложенного способа в сравнении с прототипом позволяет более чем на порядок повысить точность ориентации оптической оси кристалла. Действительно, если h y — изменение угла между направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла, прй котором число осцилляций И изменяется на единицу, то иэ соотношения (4) получаем, что

1ч+ 1 (y+ Ay), (5)

Отсюда путем простых преобразований получаем зависимость Луот y: г

41) Ьп (6)

Пример 1. Для характерных значений входящих в соотношение (6) величин, например 1 = 0,5 мкм; п = 1,5;Дп = 0,1; 1 =- 10 мм, при - = 10"= 0.17 рад получаем, что

Лу =2.10 рад .

Крометого, предложенный способобеспечивает простоту оптической схемы устройства, а для углов у< 100, когда период d осцилляций становится больше 0,1 мм, позволяет визуально наблюдать пространственные периодические осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света, Оценим максимальную длину кристалла, распространяясь вдоль которой, обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно не разделяются. Пусть вв диаметр луча монохроматического излучения, L — искомая длина, а /3 — угол анизотропии, т.е, угол между обыкновенным и необыкновенным лучом в кристалле. Тогда

1 < вст9Д, (7)

Пример 2, Для большинства используемых в оптике кристаллов угол /3 не превышает 6, поэтому при и = 1 мм L не должна превышать 9,5 мм.

Таким образом, предлагаемый способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов существенно повыш 3ет точность ориентации оптической оси кристалла при обеспечении простоты оптических методов, Формула изобретения

1, Способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов путем направления на кристалл поляризованного излучения, формирования интерференци1770849

Составитель Ю. Войтукевич

Редактор О. Стенина Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И. Муска

Заказ 3737 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 онной картины, по изменению которой от направления распространения световой волны относительно оптической оси кристалла ориентируют оптическую ось кристалла, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения ориентации оптической оси кристалла, направляют на кристалл монохроматический плоскополяризованный параллельный пучок когерентного излучения, возбуждающий в нем две ортогонэльно поляризованные волны. которые интерферируют между собой вдоль направления распространения, регистрируют на фиксированной длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, число периодов пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле света и угол падения излучения на кристалл, поворачивают кристалл вокруг любой оси, перпендикулярной лучу авета, в том направлении, при котором период осцилляций возрастает, до угла. при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляций, и опять отмечают полученное

5 значение угла, устанавливают кристалл в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов, повторяют операцию вращения аналогичным образом вокруг оси, ортогональной как

10 предыдущей оси вращения, так и направлению луча света, кристалл опять устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции врэ15 щения, 2. Способ по п,1, отличающийся тем, что кристалл поворачивают в двух взаимно ортогональных плоскостях до дости20 жения периода осцилляций, превышающего длину кристалла, вдоль которой распространяется излучение.