Способ измерения эллиптичностей, направлений обхода и азимутов осей эллипсов поляризации собственных волн в кристаллах и устройство для его реализации

 

1. Способ измерения эллиптичностей , направлений обхода и азимутов осей эллипсов поляризации собственных волн в кристаллах, заключающийся в том, что на исследуемую кристаллическую пластинку направляют по нормали поляризованное излучение, изменяют азимут его поляризации по отношению к исследуемой пластине до совпадения : азимута поляризации вышедшего из пластины излучения с азимутом падающего на пластину излучения, измеряют данный азимут, отличающийся тем, что, с целью непосредственного измерения эллиптичностей, направлений обхода эллипсов поляризации собственных волн, в исследуемой кристаллической пластине вырезают кристаллическую пластину так, чтобы нормаль к ней совпадала с направлением волновой нормали в кристалле, направляют по нормали на исследуемую кристаллическую пластину эллиптически поляризованное излучение, изменяют эллиптичность и направление обхода эллипса поляризации падающего излучения до полного совпадения состояний поляризации падающего на пластину и выходящего из нее излучения и регистрируют эллиптичность и направление обхода эллипса поляризации, соответствующие эллиптичности и направлению обхода собственных волн в кристаллической пластине. 2. Устройство ,для измерения эллиптичностей , направлений обхода и азимутов, осей эллипс-ов поляризации § собственных волн в кристаллах, содерСО жаее последовательно расположенные по ходу луча поляризатор, кристаллодержатель , установленный с возможнодтью вращения вокруг оси пучка с от .счетным устройством, анализатор, причем поляризатор и анализатор установлень так, что их плоскости пропускания скрещены, отличающееся тем, что, с целью непосред о: ственного измерения эллиптичностей, со со направлений обхода эллипсов поляризации собственных волн в исследуемой кристаллической пластине, после поляризйтора расположен первый компенсатор , а перед анализатором расположен второй компенсатор, при этом -главные оси компенсаторов составляет угол kS с плоскостями пропускания поляризатора и анализатора, компенсаторы снабжены отсчетным устройством и связаны между собой так, что создают одинаковые по величине и противоположные по знаку разности фазы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ.

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1006930

G. 0l J 4/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3276411/18-25 (22) 02.02.81 (46) 23.03.83. Бюл. М 11 (72) В.А. Иамбуров (717 Ордена Трудового Красного Знаме-, ни институт кристаллографии им. А.В, Шубникова . (53) 535.5» (088.8) (56) 1. Меланхолин Н.М., Грум-Гржимайло С.В. Методы исследования оптических свойств кристаллов.М.,АН СССР, 1954, с. 13-15.

2. Белянин Д.С., Петров В.П. Кристаллооптика. М., Госгеолиздат, 1951, с. 48-52. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЛИПТИЧНОСТЕЙ, НАПРАВЛЕНИЙ ОБХОДА И АЗИМУТОВ ОСЕЙ

ЭЛЛИПСОВ ПОЛЯРИЗАЦИИ СОБСТВЕННЫХ ВОЛН

В КРИСТАЛЛАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

РЕАЛИЗАЦИИ (57) 1. Способ измерения эллиптичностей, направлений обхода и азимутов осей эллипсов поляризации собственных волн в кристаллах, заключающийся в том, что на исследуемую кристаллическую пластинку направляют по нормали поляризованное излучение, изменяют азимут его поляризации по отношению к исследуемой пластине до совпадения азимута поляризации вышедшего из пластины излучения с азимутом падающего на пластину излучения, измеряют данный азимут, отличающийся тем, что, с целью непосредственного измерения эллиптичностей, направлений обхода эллипсов поляризации собственных волн, в исследуемой кристаллической пластине вырезают кристаллическую пластину так, чтобы нормаль к ней совпадала с направлением волновой нормали в кристалле, направляют по нормали на исследуемую кристаллическую пластину эллиптически поляризованное излучение, изменяют эллиптичность и направление обхода эллипса поляризации падающего излучения до полного совпадения состояний поляризации падающего на пластину и выходящего из нее излучения и регистрируют эллиптичность и направление обхода эллипса поляризации, соответствующие эллиптичности и направлению обии а собственных волн в кристаллической пластине.

2. Устройство,для измерения эллиптичностей, направлений обхода и азимутов. осей эллипсов поляризации сс собственных волн в кристаллах, содержаее последовательно расположенные по ходу луча поляризатор, кристаллодержатель, установленный с возможностью вращения вокруг оси пучка с от,счетным устройством, анализатор, причем поляризатор и анализатор установлены так, что их плоскости р пропускания скрещены, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью непосредственного измерения эллиптичностей, направлений обхода эллипсов поляризации собственных волн в исследуемой кристаллической пластине, после поляризатора расположен первый компенсатор, а перед анализатором расположен второй компенсатор, при этом .главные оси компенсаторов составляют угол

45 с плоскостями пропускания поляризатора и анализатора, компенсаторы снабжены отсчетным устройством и связаны между собой так, что создают одинаковые по величине и противоположные по знаку разности фазы.

Эта цель достигается тем, что согласно способу измерения азимутов осей эллипсов поляризации собственных волн в кристаллической пластинке, за1 100693

Изобретение относится к способам измерения оптических характеристик материалов, а точнее кристаллов, а именно к способам измерения параметров эллиптичной поляризации собственных волн в кристаллах.

Известны способы и устройство для измерения параметров эллиптической поляризации собственных волн в кристаллах 1).

1О

Однако эти способы и устройства не позволяют одновременного и непосредственного определения параметров эллиптической поляризации собственных волн в кристаллах.

Наиболее близким к изобретению техническим решением" является способ измерения эллиптичностей, направлений обхода и азимутов осей эллипсов поляризации собственных волн в кристаллической пластинке, заключающийся в том, что на исследуемую кристаллическую пластинку направляют по нормали поляризованное излучение, изменяют азимут его поляризации по отношению к исследуемой пластинке до совпадения азимута поляризации вышедшего из пластинки излучения с азимутом падающего на пластинку излучения, измеряют данный азимут, а также устройство для измерения эллиптичностей, направлений обхода и азимутов осей эллипсов поляризации собственных волн в кристаллах, содержащее последовательно. расположенные по ходу луча поляризатор, кристаллодержатель, установленный с возможностью вращения вокруг оси пучка с отсчетным устройством, анализатор, причем поляризатор и анализатор установлены так, что их плоскости пропускания скреще- 4в ны 21.

Недостатком известных способа и устройства является невозможность од» новременного и непосредственного измерения эллиптичностей, направле- 45 ний обхода эллипсов поляризации всех собственных волн в исследуемой кристаллической пластинке.

Целью изобретения является непосредственное измерение эллиптичнос- sO тей, направлений обхода и азимута осей эллипсов поляризации собственных волн в исследуемой кристаллической пластинке. ключающемуся в том, что на исследуемую кристаллическую пластину направляют по нормали поляризованное излучение, изменяют азимут его поляризации по отношению к исследуемой пластине до совпадения азимута поляризации вышедшего из пластины излучения с азимутом падающего на пластину излучения, измеряют данный азимут, вырезают кристаллическую пластину так, чтобы нормаль к ней совпадала с направлением волновой нормали в кристалле, направляют по нормали на исследуемую кристаллическую пластину эллиптически поляризованное излучение, изменяют эллиптичность и направление обхода эллипса поляризации падающего излучения до полного совпадения состояний поляризаций падающего на пластину и выходящего из нее излучения и регистрируют эллиптичность и направление обхода эллипса поляризации в данном состоянии поляризации, соответствующие эллиптичности и направлению обхода собственных волн в кристаллической пластине, а в устро,: стве для измерения азимутов оси эллипсов поляризации собственных волн в кристаллах, содержащем последовательно расположенные по ходу луча поляризатор, кристаллодержатель, установленный с возможностью вращения вокруг оси пучка с отсчетным устройством, анализатор, причем поляризатор и анализатор установлены так, что их плоскости пропускания скрещены, после поляризатора расположен первый компенсатор, а перед анализатором расположен второй компенсатор, при этом главные оси компенсаторов составляют угол 45 с плоскостями пропускания поляризатора и анализатора, компенсаторы снабжены отсчетным устройством и связаны между собой так, что создают одинаковые по величине и противоположные по знаку разности фаз.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для измерения эллиптичности и азимута собственных волн в крис. таллах с двумя спаренными компенсаторами Бабине-Солейля.

Устройство содержит падающий луч 1 неподвижный поляризатор 2 с азимутом колебаний +45 по отношению к вертикальной еси Х, компенсационную пластину 3, неподвижный 4 и подвижный 5 клинья первого компенсатора, лимб 6 со шкалой, отсчетный индекс 7, крис3 1006930 4 таллодержатель " укРепленный на лим- менению д: в пределах «180ос. д.с. +180е д у вки измеряемой плас- можно произвольно изменять эллиптичтинки,измеряемую пластинку 9,компен- ность эллипса и ллипса поляризации в соответ- сационную пластинку 10,неподвижный 11 ствующих пределах -1 < к +1 и и и подвижный .12 к д ь " - 2 клинья второго компен- 5 фиксированных нап авлени ствующих пределах -1 < к Е + при сатора .вто ой н р влениях его осеи. р и неподвижныи поляриза- Гак как мы определяем э п ллиптичность имутом - 5, скрещенный к = Ajar, как отношение малой Ь к с первым, выходящий из системы луч 14, большойлМ оси эллипса, то при/ф<90 скрещенные эллипсы 15 и 16 сечения on- К =6 — а при 90 с(ар< 180 - к = тическои индикатрисы в кристаллах клиньев и 5 и компенсаторов 11 и

4 р л х 16 =. с6р /2, а получающийся при этом

1 р и знак к будет соответствовать знаку

2, эллипс поляризации пе вой собсвенной волны 17 в пластинк ц рвой собст- Д и будет определять направление об7 ластинке 9 с ази- хода по эллипсу: при tf » О, к 0 мутом 14, и эллиптичностью К правое (правый эллипс), а при Ф 0 —,эллипс 18 поля иза ии второй со ственной волны 18 с азимРизации 35 к (0 - левое (левый эллипс) . На - . с азиму- правление обхода по эллипсу против том . и эллиптичностью К =- у = часовои стрелки, если смотреть нам р., деталь 19 связываю ю ж щую жест- встречу лучу, считается правым, à по ко подвижные клинья 5 и 12

5 2 с направ- часовой стрелке — левым. ляющей 20 движения, параллельной б

Р о. При отсутствии в системе пластин ольшой оси х эллипса 15 и малой

5 лой ки 9 эллиптически поляризованный оси у эллипса 16, снабженн ю отсч

2 у тсчет- свет после прохождения второго комным устройством со шкало" 21, нап аврав- пенсатора, состоящего из компенсациление х фиксированной большой оси оннои пластинки 10, неподвижного 11. эллипса поляризации света между ком- и по в и подвижного 12 клиньев, приобретает пенсаторами. первоначальную линейную поляризацию а ота конкретного примера выполнения предлага о с направлением колебаний первого поляризатора и полностью гасится на мпенсаторами Бабине-Со- выходе вторым скрещенным поляризатолейля заключается в следующем. ом 13 так Падающий н адающий неполяризованный луч 1 ром 3, так как разности фаз в обоих компенсаторах равны по величине но за поляризатором 2 становится линейно и оти о о

Э противоположны по знаку, и их глав" поля ризова иным с направлением колебаколеба- ные оси, т.е. оси эллипсов 15 и 16 ний, указанным двусторонней стрелкой, ;скрещены х х

У

45 к гла *

35 вным осям х, у они взаимно скомпе погасание л ча 14 на в компенсационной пластинки 3, непоу на выходе сохранитластинки, непо- ся при совместном перемещении подвиж" движного 4 и подвижного 5 клиньев. llo- ных клиньев 5 и 11, жестко связанных этому при разности фаз.в компенсаторе 4 и -18й<ос+180 и оше . деталью 19 между собой и с общей шкаР шедшим лои 21 разности фаз в перВОМ компенчерез него свет становится эллипти- 44 ,саторе. а чески поляризованным, причем эллиптичность эллипса поляризации будет

При установке же в кристаллодержазависеть ото

1 =4- О тель 8 с лимбом 6 со шкалой пластинки 9.с эллипсами собственных волн 17 а его большая ось имеет фиксированное 4 теже, погасание луча 14 на выходе нар вле" ается . нию колебаний в поляризаторе 2 при переменном 0 « С +90 и перпендисвет, так как падающий на пластинку 9 линейно поляризованный свет (лри нулевом показании шкалы 21 и разности (. фаз б = О) возбуждает в нвй две соб" оольшая ось параллельна х при -90> ространяются с разными скоростями и а ànðàBJlå å обхода по эллипсулевое. Следовательно, при изменении ss и на выходе из"и а д л стинки в результате их сложения получается эллиптически в первом компенсаторе при пе емеР поляризованный свет, который проходит щении его подвижного клина 5 в пре- через второй компенсатор (Д = 0) без делах шкалы 21, соответств m ux

Ъ у и из- . изменения своей поляризации и поэтому,5 1006 не гасится вторым поляризатором 13, Такой же результат получается при любом другом положении подвижных клиньев 5 и 11 и на нулевом показании шкалы 21, при котором эллиптическая поляризация на выходе из пластинки 9 отличается от таковой на входе как по эллиптичности, так и, в общем случае, по азимуту большой оси. Условием сохранения эллиптической поляризации на входе и выходе из пластинки 9, а следовательно, и условием полного погасания света на выходе является совпадение эллипсов поляризации падающе.го на нее света и одной из.собственных воЛн в пластинке как по азимутам больших их осей, так и по эллиптичностям и направлениям обхода. Любое отклонение от этого условия приводит к появлению света на выходе. Это усло- 20 вие вытекает из свойства каждой из собственных волн сохранять состояние своей поляризации при распространении в кристалле от его входной поверхности, где волны возбуждаются падающей волной и до выходной поверхности, где они складываются снова в одну волну, Поэтому, если поляризация падающего на пластинку 9 света совпадает с поляризацией одной из

/ двух собственных волн по азимуту большой оси, по эллиптичности и направл нию обхода, то прошедший свет будет иметь то же самое состояние поляризации, как и падающий, т.е.

35 как и в случае отсутствия пластинки в системе. На этом свойстве и основан предлагаемый способ измерения параметров поляризации собственных волн в пластинке 9, а именно, поворачивая

40 пластинку 9 на угол,1, как показано на чертеже, до совмещения направления большой оси эллипса поляризации 17 первой собственной волны с направлением большой оси х эллипса поляризации света,. падающего на пластинку 9 со стороны первого компенсатора, достигают минимума света на выходе из системы. Затеи перемещают подвижные клинья 5 и 12, соответственно

930 4 обозначенный пунктиром индекс шкалы 21 - из нулевого, положения на величину О, - разность фаз в первом компенсаторе, при которой эллиптичности и направления обхода эллипсов поляризации собственной волны 17 и падающего на пластинку 9 света полностью будут совпадать, а на выходе света из системы наступит полное его погасание. Посредством этих двух измерительных операций определяется азимут Pj большой оси эллипса первой собственной волны 17, его эллиптичность к = tg f fed/ 2. и правое направление обхода по эллипсу первой собственной волны 17, указанное стрелкой, соответствующее смещению индекса шкалы 21 в положительную сторону (+) на величину +ф . Смещение же в отрицательную сторону (-) шкалы 21 соответствовало бы левому эллипсу первой собственной волны 17 с направлением обхода по часовой стрелке. С помощью аналогичных двух измерительных операций определяются азимут Pg, разность фаз Д, эллиптичность i; =- п у ь z

=1 К/ .и направление обхода по эллипсу второй собственной волны 18.

Приведенное описание работы предлагаемого устройства доказывает впервые открывающуюся практическую возможность измерения, параметров поляризации собственных волн без пространственного из разделения в любых кристаллах, в том числе в кристаллах низших сингоний: триклинных,моноклинных, ромбических, обладающих линейным и циркулярным двупреломлением (оптической активностью), линейным и циркулярным дихроизмом, систематические экспериментальные исследования которых, а следовательно, и их практическое применение оставалось до настоящего времени невозможным, хотя класс укаэанных кристаллов низших сингоний значительно обширнее, чем средних и высших сингоний. f006930

ВНИИПИ Заказ 2123/63

Тираэ 871 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä,óë.ÏðoåêTíàÿ,4