Способ раздельного определения вероятностей поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути в твердых оптических материалах
Иллюстрации
Показать всеИзобретение относится к области измерения оптических характеристик материалов, определяющих световые потери в них, связанные как с поглощением, так и рассеянием. Способ состоит в том, что измерения коэффициента пропускания света производят для двух образцов с различной толщиной, изготовленных из одного и того же исследуемого материала. Измеренные значения коэффициентов пропускания, данные о толщинах и диаметрах образцов, значение показателя преломления и определенная экспериментально индикатриса рассеяния (зависимость интенсивности рассеяния от угла рассеяния) используются для расчета вероятностей поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути с помощью математического моделирования. При моделировании для обоих образцов находятся зависимости вероятностей рассеяния фотонов от вероятностей поглощения, которые дают измеренные экспериментально коэффициенты пропускания. Поскольку оба образца с разными толщинами вдоль луча изготовлены из одного и того же материала, обе модельные зависимости должны пересекаться в точке, в которой обе вероятности не равны нулю, а значения вероятностей в этой точке должны являться истинными вероятностями поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути в исследуемом материале, одинаковыми для обоих образцов. Изобретение позволяет с максимально возможной точностью определять вероятности поглощения и рассеяния фотонов, что позволяет правильно производить классификацию и сертификацию партий материалов, а также подбор материала с необходимыми поглощающими и рассеивающими свойствами с целью повышения воспроизводимости характеристик соответствующих оптических, оптоэлектронных и лазерных устройств. 9 ил.
Реферат
Изобретение относится к области измерения оптических характеристик твердых материалов, определяющих световые потери в них, связанные как с поглощением, так и с рассеянием фотонов.
Основным недостатком известных способов измерения поглощающих и рассеивающих характеристик оптических сред является невозможность с их помощью правильно разделить вклады поглощения и рассеяния в общее ослабление светового потока, обусловленная некорректностью моделей процессов распространения света, используемых при расчетах. При этом сами понятия - показатель рассеяния, коэффициент рассеяния, применяющиеся при оценках интенсивности рассеяния, не соответствуют истиной физической картине данного процесса.
В заявляемом изобретении вводится и обосновывается новое понятие - величина вероятности рассеяния фотона на единицу пути, зависящая от угла рассеяния, позволяющее осуществлять правильную метрологию выпускаемых оптических материалов.
Только в идеальном случае абсолютно не рассеивающего вещества, никогда не реализуемом на практике, строго выполняется экспоненциальный закон ослабления света вследствие поглощения - закон Бугера-Ламберта [1]:
I = I 0 e − α a h , ( 1 )
где I0 - интенсивность светового потока, вступающего в слой вещества толщиной h, I - интенсивность светового потока, выходящего из слоя, αа - показатель поглощения.
Так как образец вещества имеет входную и выходную границы, ортогональные лучу, как правило, плоские, гладкие и взаимно параллельные, учет многократных отражений от этих границ внутри образца приводит к известной формуле (формуле Хадсона), связывающей экспериментально измеряемый коэффициент пропускания света T с толщиной образца вдоль луча h и показателем поглощения α [2]
α = 1 h ln [ ( 1 − R ) 2 ( 1 − R ) 4 + 4 T 2 R 2 2 T ] , ( 2 )
где R=(n-1)2/(n+1)2 - коэффициент отражения света при нормальном падении, n - показатель преломления вещества.
В случаях, когда в веществе наблюдаются заметное рассеяние света, соизмеримое с поглощением, использование указанных формул приводит к грубым погрешностям, обусловленным невыполнением закона Бугера-Ламберта. В частности, рассчитанные согласно этим формулам показатели поглощения αa1 и αa2 у двух образцов с измеренными коэффициентами пропускания T1 и T2 и толщинами h1 и h2, вырезанных из исходного образца толщиной h (h=h1+h2), у которого также измерялся коэффициент пропускания T, оказываются у обоих образцов меньше, чем у исходного: αa1<αa2; αa2<αa [3]. Между тем, если исходный образец однороден по поглощающим и рассеивающим свойствам, то все три величины должны быть одинаковыми: αa1=αa2=α, а если неоднороден, то одна из величин - αa1 или αa2 - должна быть больше, а другая меньше, чем величина αa у исходного длинного образца.
Невыполнение экспоненциального закона ослабления света при наличии рассеяния обусловлено тем, что часть однократно рассеянных фотонов может поглощаться внутри образца, но другая часть фотонов в результате последующих актов рассеяния и (или) отражения от боковых поверхностей образца может вновь двигаться в исходном направлении и вносить вклад в общий световой поток, выходящий из образца и фиксируемый фотоприемником. При этом не выполняется и более точное соотношение, в которое входит показатель экстинкции (ослабления) света α, являющийся суммой показателей поглощения αa и рассеяния αs [4]:
I = I 0 e − ( α a + α s ) h ( 3 )
По сравнению с таким модифицированным законом Бугера-Ламберта процесс прохождения излучения через поглощающую и рассеивающую среду значительно точнее описывается нестандартным уравнением переноса (УПИ) [5-7], в которое входит такая важная характеристика, как индикатриса рассеяния - зависимость интенсивности рассеяния света элементарным объемом вещества от угла рассеяния I(Θ). Однако интегрально-дифференциальное уравнение переноса в общем случае не имеет аналитического решения и на практике используют те или иные его упрощения, например двухпотоковую модель, диффузионное приближение, осевую модель и т.д. Недостатком указанных моделей является применение не имеющего вследствие невыполнения закона Бугера-Ламберта физического обоснования таких понятий и величин, как показатели рассеяния и экстинкции. В частности, в рамках так называемой осевой модели получена формула для оценки относительной доли баллистических фотонов (фотонов, идущих в исходном осевом направлении) в общем излучении, прошедшем сквозь рассеивающую среду [8]:
I b I s + I b = e − a h ( 1 − α a α ( 2 − α a α ) ) , ( 4 )
где Ib - интенсивность баллистических фотонов, Is - интенсивность рассеянных фотонов, α - показатель экстинкции, αа - показатель поглощения, h - толщина образца вдоль луча.
Выражение (1) выведено без учета индикатрисы рассеяния, без учета актов многократного рассеяний фотонов внутри образца и отражения фотонов от его границ. Если измерить коэффициенты пропускания света T1 и T2 образцами из одного и того же исследуемого вещества, но с различными толщинами h1 и h2, то, в пределах справедливости формулы (4), можно получить значения показателя поглощения αа и показателя рассеяния αs путем решения системы уравнений (2), вытекающей из (4) [8]:
( T 1 ) − 1 = I 0 I 1 = c h ( h 1 α a 2 + 2 α a α s ) + ( α a + α s ) α a 2 + 2 α a α s s h ( h 1 α a 2 + 2 α a α s ) ( T 2 ) − 1 = I 0 I 2 = c h ( h 2 α a 2 + 2 α a α s ) + ( α a + α s ) α a 2 + 2 α a α s s h ( h 2 α a 2 + 2 α a α s ) } ( 5 ) .
Известен способ определения оптических характеристик рассеивающей среды, основанный на измерении сдвига фазы прошедшего через образец модулированного лазерного излучения с различными (как минимум двумя) частотами модуляции и определении коэффициента поглощения и редуцированного коэффициента рассеяния по результатам измерений на базе диффузионного приближения уравнения переноса излучения [8]. Недостатками способа являются необходимость применения сложного оборудования, в частности источника модулированного лазерного излучения с изменяемой частотой модуляции, а также использование при расчетах диффузионного приближения, дающего грубые погрешности вследствие упрощенной модели процесса распространения излучения в поглощающем и одновременно рассеивающем веществе.
Известен способ определения потерь света, связанных с рассеянием, с помощью фотометрического шара [9], применяемый в ГОИ им. С.В. Вавилова. Недостатком способа является невозможность получения с его помощью данных о распределении рассеянного света по углам, т.е. об индикатрисе рассеяния, поскольку измеряется только общий рассеянный световой поток, вышедший из кристалла.
Известны также способ определения индикатрисы рассеяния света в кристаллах с помощью измерения функции рассеяния линии (ФРЛ), описанных в [10], а также способ, основанный на измерении угловой зависимости интенсивности рассеяния лазерного света, апробированный на кристаллах германия и кремния [11]. Недостатком указанных способов является то, что угловое распределение рассеянного света, вышедшего из образца, в общем случае не совпадает с угловым распределением света, рассеянного элементарным объемом вещества внутри образца.
Известен способ фотометрии рассеивающих сред и реализующий его фотометрический модуль [12], основанный на измерении двух коэффициентов пропускания света образцами из одного вещества с различными толщинами вдоль луча и последующем решении системы уравнений (5), взятый в качестве прототип для предлагаемого изобретения.
Недостатком прототипа, как и других известных аналогичных способов, является неточность физической модели процесса распространения света и основанной на ней системы уравнений, из которых вычисляются показатели поглощения и рассеяния света в исследуемой среде.
Действительно, из любого из уравнений (5) следует, что в абсолютно нерассеивающей среде (αs=0) коэффициент пропускания света T будет равен
T − 1 = I 0 I = c h ( h α a ) + s h ( h α a ) = e h α a + e h α a 2 = e h α a , T = е − α a h ,
т.е. световой поток должен строго подчиняться экспоненциальному закону Бугера-Ламберта. Однако учет многократного отражения от входной и выходной границ образца дает другое - правильное выражение для коэффициента пропускания в виде
T = ( 1 − R ) 2 e − α a h 1 − R 2 e − α a h ,
где R - коэффициент отражения, зависящий от показателя преломления вещества n.
Также из любого из уравнений (5) следует, что в абсолютно непоглощающей среде (αa→0) измеряемый коэффициент пропускания света T будет равен
T − 1 = c h ( 0 ) + α s lim α a → 0 h s h ( α a h ) α a h = 1 + α s h ,
T=1/(1+αsh).
Этот результат означает, что при достаточно малых значениях произведения показателя рассеяния на толщину образца (αsh) коэффициент пропускания света образцом может быть сколь угодно близким к единице. Между тем коэффициент пропускания света веществом с показателем преломления n не может иметь значение, больше чем
T = 1 − R = 1 − ( n − 1 n + 1 ) 2 ,
где R - коэффициент отражения. Например, для воды (n=1,33) имеем T<0,98; для стекла (n=1,5) T<0,96; для кристаллов парателлурита (n=2,5) Т<0,82, для кристаллов германия (n=4 в ИК диапазоне) T<0,64. На самом деле вследствие многократного отражения внутри образца величина T еще меньше.
Таким образом, даже в предельных случаях чисто поглощающего или чисто рассеивающего вещества система уравнений (5), основанная на приближенной осевой модели и используемая при расчетах в способе, взятом за прототип, дает физически некорректные результаты и не отражает истинного характера зависимости между свойствами вещества и коэффициентами пропускания света изготовленных из него образцов.
Неправильное определение рассеивающих и поглощающих характеристик оптических материалов возможное при использовании известных способов - как аналогов, так и прототипа - может приводить к грубым ошибкам при сертификации и выборе материала для оптических устройств. Два образца одинаковых размеров из различных кристаллов одного и того же вещества, у которых оказались равными коэффициенты пропускания света, с точки зрения известных способов будут считаться одинаковыми по рассеивающим и поглощающим свойствам. Однако при равных коэффициентах пропускания в одном образце может быть выше вероятность поглощения, но ниже вероятность рассеяния фотонов по сравнению с другим образцом. Тогда в первом образце будут меньшими оптические искажения изображений и его можно использовать в качестве линз объективов, но он будет нагреваться сильнее и, возможно, разрушаться (лазерный пробой) при использовании в качестве элемента проходной оптики для мощных лазеров. Второй образец будет давать большие оптические искажения и его не следует использовать, например, в тепловизионных устройствах, но зато его можно использовать в устройствах, связанных с мощными лазерными пучками.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности раздельного определения истинных значений характеристик интенсивностей поглощения и рассеяния света у твердых веществ в диапазонах их прозрачности, используемых в качестве элементов оптических, оптоэлектронных и лазерных устройств.
Заявляемое изобретение иллюстрируется фиг.1÷9.
Фиг.1 - Разбиение образца на N слоев толщиной d, в каждом из которых вероятность поглощения фотона равна р.
Фиг.2 - Система координат для цилиндрического образца, используемая при моделировании траектории фотонов.
Фиг.3 - Возможные варианты траекторий фотонов в поглощающем и рассеивающем веществе.
Фиг.4 - Определение истинных значений вероятностей поглощения p a и с т . и рассеяния p s и с т . фотонов на единицу пути в веществе по точке пересечении зависимостей p s 1 ( p a 1 ) и p s 2 ( p a 2 ) , дающих сочетания этих величин, соответствующие измеренным коэффициентам пропускания света T1 и T2 образцов с различной толщиной вдоль оси луча.
Фиг.5 - Отполированный шарик диаметром 8 мм, изготовленный из кристалла парателлурита и предназначенный для измерения индикатрисы рассеяния света.
Фиг.6 - Зависимости вероятностей рассеяния ps от вероятностей поглощения pa фотонов на 1 см, дающего экспериментально измеренные коэффициенты пропускания света с длиной волны 535 нм двумя образцами с различной толщиной, вырезанными из одного кристалла парателлурита.
Фиг.7 - Монокристалл германия, использованный при определении вероятностей поглощения и рассеяния фотонов.
Фиг.8 - Вид индикатрисы рассеяния света с длиной волны 10,6 мкм кристаллом германия.
Фиг.9 - Зависимости вероятностей рассеяния ps от вероятностей поглощения pa фотонов на 1 см, дающие экспериментально измеренные коэффициенты пропускания света с диной волны 10,6 мкм двумя образцами с различной толщиной, вырезанными из одного кристалла германия.
Сущность изобретения
Способ включает последовательное измерение коэффициентов пропускания света T1 и T2 двумя образцами с взаимно параллельными, отполированными торцами, изготовленными из одного и того же материала, но имеющими различные толщины h1 и h2 вдоль оси луча. Это могут быть, например, исходный образец и отрезанная от него часть с вновь отполированным торцом со стороны среза.
Далее, в отличие от известных способов и в том числе прототипа, производится компьютерный расчет поглощающих и рассеивающих характеристик материала с помощью математического моделирования процесса распространения изначально параллельного пучка света в образце с плоскопараллельными торцами, ортогональными оси пучка.
При этом используется следующая объемная модель взаимодействия пучка фотонов с веществом внутри образца и на его поверхностях.
Внутри образца ослабление светового потока, связанное с поглощением, подчинятся закону Бугера-Ламберта согласно формуле (1). Образец толщиной h условно разбивается вдоль оси пучка на N слоев толщиной d каждый.
В качестве исходного параметра задается величина p - вероятность поглощения фотона внутри слоя. Таким образом, вероятность того, что фотон преодолеет один слой без поглощения, равен (1-p), а вероятность того, что фотон преодолеет весь образец, равен (1-p)N, Фиг.1.
Поскольку, согласно (1), прошедший расстояние h=Nd световой поток должен быть ослаблен из-за поглощения в e α a h раз, справедливо соотношение
( 1 − p ) N = exp ( − α a d N ) , ( 6 )
откуда вытекает связь между параметрами, характеризующими поглощение:
α a = − ln ( 1 − p ) d ( 7 )
Так как величина р зависит от выбора толщины элементарного слоя d, удобно ввести такой параметр, как вероятность pa поглощения фотона на пути в 1 см:
α a = − ln ( 1 − p a ) ( 8 ) .
Таким образом, обе величины αa и pa полностью характеризуют поглощающую способность вещества.
Ослабление светового потока из-за рассеяния не подчиняется экспоненциальному закону Бугера-Ламберта, поэтому при моделировании введение в рассмотрение показателя αs, аналогичного по физическому смыслу показателю поглощения αa, является некорректным упрощением и следует использовать только величину ps(Θ) - вероятность того, что фотон в слое толщиной d будет рассеян в направлении, составляющем угол Θ с направлением, вдоль которого фотон входил в слой. Функция p(Θ) является индикатрисой рассеяния и экспериментально определяется при реализации предлагаемого способа.
Для численного моделирования должны быть также известны или измерены:
h1 - толщина первого образца вдоль луча;
h2 - толщина второго образца вдоль луча;
D - диаметр образца (в случае образца цилиндрической формы);
l×m - размеры образца в поперечных оси направлениях (в случае образца с прямоугольным сечение);
Dф - диаметр входного окна фотоприемника;
S - расстояние между выходным торцом образца и входным окном фотоприемника;
n - показатель преломления вещества для длины волны λ используемого при измерениях излучения.
В совокупности с измеренными значениями коэффициента пропускания света образцами T1 и T2 указанные величины достаточны для определения показателя поглощения света αa, вероятности поглощения фотона pa на 1 см пути в веществе и ps(Θ) - вероятности рассеяния фотона под углом Θ к исходному направлению на 1 см пути в веществе.
Моделирование
Процесс прохождения излучения через образец моделируется как совокупность актов отражения, поглощения, рассеяния или свободного движения, происходящих с каждым из виртуальных фотонов, направляемых перпендикулярно входному торцу образца в виде равномерного по плотности потока интенсивностью I0. Интенсивность излучения на выходе из образца I измеряется суммой траекторий всех фотонов, пересекающих входное окно фотоприемника. Каждая такая траектория входит в сумму со своим косинусом угла, составляемого ею с осью образца. Торцы и боковая поверхность предполагаются идеально гладкими. Излучение предполагается неполяризованным, интерференционные эффекты не учитываются.
Геометрическая форма образца задается математически с помощью совокупности поверхностей, в случае образца цилиндрической формы - двух плоскостей и цилиндрической поверхности радиуса R=D/2, Фиг.2.
{ z = 0 z = h x 2 + y 2 = R 2 ( 9 )
Образец длиной h разбивается на N элементарных слоев перпендикулярно оси.
Положение фотона в компьютерном эксперименте изменяется дискретно с шагом d=h/N и в каждый момент времени задается декартовыми координатами [xj, yj, zj). Также заполняется предыдущее положение фотонов (xj-1, yj-1, zj-1). Если при подстановке текущих и предыдущих координат фотона в одно из выражений (9) его значение изменяет знак, считается, что фотон пересек соответствующую поверхность. В этом случае вычисляются координаты точки пересечения и угол падения i1. Далее вычисляются вероятности каждого из возможных случаев - отражения фотона или преломления с выходом за пределы образца, и с учетом значений этих вероятностей случайным образом выбирается одно из событий. Вероятности отражения po считаются равными коэффициентам отражения r, которые вычисляются согласно формулам Френеля [1]:
r = ( n − 1 n + 1 ) 2 , при i 1 = 0 ( 10.1 )
r = 1 2 { [ sin ( i 1 − i 2 ) ] 2 [ sin ( i 1 + i 2 ) ] 2 + [ t g ( i 1 − i 2 ) ] 2 [ t g ( i 1 + i 2 ) ] 2 } , ( 10 .2 )
sin i 2 sin i 1 = n , где i1 - угол падения, i2 - угол преломления, n - показатель преломления. Для фотонов в кристалле учитывается явление полного внутреннего отражения:
при i 1 > arcsin ( 1 n ) , r=1.
Поскольку никаких событий, кроме отражения или преломления на границе образца происходить не может, вероятность преломления pn считается равной pn=1-po.
На пути длиной d=h/N вдоль любого направления внутри образца задаются вероятность поглощения фотона pa и вероятность рассеяния фотона ps так, чтобы выполнялось условие (pa+ps)<1. На каждом шаге фотон может испытать поглощение или рассеяние, если сгенерированное программой псевдослучайное число оказывается меньше заданных вероятностей поглощения или рассеяния.
На Фиг.3 показаны различные типы траекторий фотонов, получаемые в ходе компьютерного эксперимента.
Число используемых при моделировании фотонов Ф, достаточное для достижения требуемой точности вычисления параметров поглощения и рассеяния, должно составлять не менее 106-107 шт.
По результатам измерений коэффициентов пропускания света T1 и T2 обоими образцами вычисляются приближенные значения показателей поглощения αa1 и αa2 согласно формуле (2), в которой не учитывается расстояние.
Далее согласно формуле (8) вычисляются приближенные значения вероятностей поглощения pa:
P a 1 = 1 − 1 e α a 1 ; P a 2 = 1 − 1 e α a 2 ( 11 )
Диапазоны значений pa от 0 (чистое рассеяние) до pa1 и pa2 (чистое поглощение) разбивается на М участков, и для каждой из образовавшихся точек: 0, pa1/М, 2pa1/М…pa1; 0, pa2/М, 2pa2/М…pa2 путем моделирования находятся такие М значения вероятностей рассеяния p s 11 , p s 12 , … p s 1 M ; p s 21 , p s 22 … p s 2 M , дают измеренные значения коэффициентов пропускания T1 и T2.
Результатом моделирования являются две зависимости p s 1 ( p a 1 ) и p s 2 ( p a 2 ) вероятностей рассеяния от вероятностей поглощения на 1 см для двух образцов с различной толщиной h1 и h2, соответствующие экспериментально измеренным коэффициентам пропускания света T1 и T2 этими образцами.
Поскольку на самом деле образцы изготовлены из одного и того же материала, полученные зависимости должны иметь три общие точки - для чисто рассеивающего вещества (pa=0; ps≠0), для чисто поглощающего вещества (pa≠0; ps=0), а также еще одну точку, значения pa≠0 и ps≠0 в которой и являются истинными значениями p a и с т . и p s и с т . этих величин у исследуемого вещества, Фиг.4.
Примеры применения способа согласно изобретению.
Пример 1. Определение вероятностей поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути в крупногабаритном монокристалле парателлурита (α-ТеО2), выращенном способом Чохральского и имеющего диметр 66 мм и высоту 45 мм, для длин волны излучения 535 нм.
Из части кристалла вырезают и полируют по классу Р II шарик диаметром 8 мм с шестью попарно ортогональными площадками, Фиг.5, через которые вводился луч лазера с длиной волны излучения 535 нм. С помощью измерителя лазерной мощности определялась индикатриса рассеяния - зависимость интенсивности рассеяния от угла рассеяния Θ, которая соответствовала рэлеевской индикатрисе ps(Θ)=(1+cos2Θ).
Далее из кристалла вырезают и полируют по классу Р II цилиндрический образец диаметром D=60 мм и толщиной вдоль оси [110] h1=30 мм. После разрезания исходного образца и полировки толщины образовавшихся частей составляли h2=16 мм и h3=12 мм. У исходного и одного из меньших образцов измеряют коэффициенты пропускания Т1 и T2 света лазера с длиной волны излучения λ=535 нм по схеме, в которой фотоприемником служил измеритель лазерной мощности (Laser Power Meter. PHOTON Inc.).
Для расчета величин pa и ps методом моделирования траекторий фотонов используют следующие значения параметров:
h1=30 мм | h2=16 мм |
D1=60 мм | D ф 1 = 7 м м |
S1=10 мм | n0=2,3 |
N=103 слоев | T1=0,641 |
T2=0,676 | D2=60 мм |
D ф 2 = 7 м м S2=10 мм
ne=2,46 | Ф=106 шт. |
Результаты компьютерного расчета зависимостей ps(pa) представлены на Фиг.6. Искомые вероятности поглощения и рассеяния на пути 1 см в кристалле найдены по точке пересечения двух графиков и равны, соответственно, pa=0,003 и ps=0,012.
Пример 2. Определение вероятностей поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути в кристалле германия для длины волны излучения 10,6 мкм.
В качестве исследуемого материала были использованы образцы, вырезанные из монокристалла германия, выращенного из расплава в направлении [111] способом Чохральского (Фиг.7) и имеющего диаметр 63 мм и высоту 330 мм.
Из кристалла был вырезан и отполирован по классу Р III цилиндрический образец диаметром D=64 мм с толщиной вдоль оси [111] h1=80 мм. Индикатриса рассеяния p(Θ) материала определялась для длины волны λ=10,6 мкм экспериментально методом ФРЛ (функции рассеяния линии) [10]. Она имела вид, представленный на Фиг.8, и соответствовала индикатрисе малоуглового рассеяния Ми с несколькими максимумами и минимумами.
При компьютерных расчетах индикатриса была аппроксимирована наиболее точно полиномами Лежандра согласно выражению:
p(Θ)=0,565+0,224cos(Θ)+0,425(cosΘ)2-4,191(cosΘ)3+3,807(cosΘ)4+17,467(cosΘ)5-8,155(cosΘ)6-26,918(cos©)7+51252(cosΘ)8+13,951(cosΘ)8
Далее исходный образец разрезался, и после повторной полировки толщины образовавшихся частей составляли h2=38 мм и h3=11 мм. У исходного и после разрезания у одного из меньших образцов измерялись коэффициенты пропускания света T1 и T2 с помощью инфракрасного спектрофотометра ИКС-29. Для расчета величин pa и ps методом моделирования траекторий фотонов использовались следующие значения параметров:
h1=80 мм | h2=38 мм |
D1=54 мм | Диафрагма прибора Dф=25×8 мм |
S1=15 мм | n=4,006 |
Ф=106 шт. | T1=0,45 |
T2=0,46 | T2=54 мм |
S2=15 мм | N=1000 слоев |
Результаты компьютерного расчета зависимостей ps(pa) представлены на Фиг.9. Искомые вероятности поглощения и рассеяния на пути 1 см в кристалле найдены по точке пересечений двух графиков и равны, соответственно, pa=0,0045 и ps=0,0085.
Изобретение может найти применение в метрологии оптического качества выпускаемых стекол, поликристаллов и монокристаллов, используемых во всех участках оптического диапазона - от жесткого УФ излучения (200-250 нм) и до среднего ИК-диапазона (20-25 мкм). Область использования изобретения включает в себя производство оптических материалов и устройств оптики, оптоэлектроники и фотоники.
Источники информации
1. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Физматлит. . 848 с.
2. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников. М.: Наука. 1977. 368 с.
3. Каплунов И.А. Зависимость коэффициентов пропускания света кристаллами от их толщины // Оптический журнал. 2005. T.72. №12, с.59-65
4. Физическая энциклопедия в 65-и томах. М.: Советская энциклопедия. Под. ред. A.M. Прохорова. 1988.
5. Кольчужин A.M., Учайкин В.В. Введение в теорию прохождения частиц через вещество. М.: Атомиздат. 1978.
6. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир. T.1. 1981.
7. Кейз К., Цвайфель П. Линейная теория переноса. М.: Физматлит. 2004.
8. Y. Tsuchiya. Apparatus for measuring optical information in scattering medium and method therefore. Patent US 5477051. Dec. 19. 1995.
9. Шайович С.Л., Каплунов И.А., Колесников А.И. Контроль рассеяния инфракрасного излучения в германии методом фотометрического шара. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т.71. №9. С.47-50.
10.Kaplunov S.A., Kolesnikov A.I., Shaiovich S.L. Methods for Measuring Lights Scattering in Germanium and Paratellurite Crystals // Crystallography Reports. V.50 Suppl. 1. 2005. Р.546-552.
11.Воронков В.В., Воронкова Г.И., Зубов Б.В. и др. Рассеяние света, обусловленное микродеффектами в Si и Ge. // ФТТ. 1977. Т.19. Вып.6. С.1784-1791.
12. Данилов А.А., Маслобоев Ю.П., Селищев С.В., Терещенко С.А. Способ фотометрии рассеивающих сред и реализующий его фотометрический модуль. Патент РФ 2377540. 10.06.2008.
Способ раздельного определения вероятностей поглощения и рассеяния фотонов на единицу пути в твердых оптических материалах, включающий облучение материала источником направленного излучения, и