Устройство для исследования поляризационных свойств анизотропных материалов

 

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.