Способ измерения угла фарадеевского вращения

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ФАРАДЕЕВСКОГО ВР,АЩЕНИЯ.е, основанный на определении экстремумов интенсивности линейно поляризованного зондирующего излучения на выходе его из исследуемой среды при каждом из двух различных направлений приложенного к . среде магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, изменя:от интенсивность зондирующего излучения и дополнительно определяют его экстремумы , а угол б находят из соотношения . i №VlH2 миН1/ л акс2 А(с1кс1 0 C rC5in (MH2 MHlV M«Kc2 Moi tci) где а макс1 МИН1 максг выходные сигналы минг измерительного преобразователя g экстремумов начальной (О и измен енной

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ Рмнн2 мин s I макс2 макс1) (мин 2 мин 1 (мецсс 2 макс 11

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕКИЙ И Отй Ытий (21) 3521591/24-25 (22) 16.12.82 (46) 23.11 84. Бюл. В 43 (72) Е.А.Таран, IO.À.Ñêðèïíèê и В.И.Водотовка (53) 535.511(088.8) (56) 1. Уханов Ю.И. Измерение эффекта

Фарадея в полупроводниках. ФТТ. 1962, т. 76, с. 169.

2. Батавин В.В. Контроль параметров полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев. И., "Советское радио", 1976, с. 44, 46 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ФАРАДЕЕВСКОГО ВРАЩЕНИЯ 8, основанный на определении экстремумов интенсивности линейно поляризованного зондирующего излучения на выходе его из исследуемой среды при каждом из двух различных направлений приложенного к

„„ЯЦ„„1125513 A среде магнитного поля, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, изменяют интенсивность зондирующего излучения и дополнительно определяют его экстремумы, а угол 8 находят из соотношения мнн1 9 Alagc1 м н2 макс2 выходные сигналы мин2 измерительного преобразователя экстремумов начальной (1) и измененной (2) интенсивностей зондирующего излучения.

46%

Ю

CR

CR

©Р

13 2

М 11255

Изобретение относится к контролю или анализу веществ материалов или иэделий с помощью оптических методов и может найти применение при исследованиях магнитооптических эффектов первого и второго порядков, зависящих от величины и ориентации намагниченности оптически неактивных сред (диа-, пара- и ферромагнетиков) оТНо сительно направления распространения в них линейно поляризованного излучения.

Изобретение предназначено для

Исследования электрофизических параметров (концентраций носителей заряпов, эффективных их масс и т.п.) полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев на их основе.

Кроме того, оно может быть использовано в молекулярной и электронной спектроскопии, физической химии и медицинской биофизике, а также в устройствах управления интенсивностью, фазой, поляризацией или цветом. 25

Известен способ измерения угла фарадеевского вращения 1 ), основанный на зависимости вида со&2 8 ("1 где Зо, 3 " интенсивности линейно,ЗО поляризованного света до и после анализатора;

6 - угол между плоскостями поляризации падающего света и света, пропуска-З5 емого анализатором.

В процессе измерения угол 8 опре" деляют по изменению интенсивности 7 либо по сдвигу зависимости при наложении на материал магнитного поля. 4б .

Недостатком укаэанного способа является зависимость результата измерения угла фарадеевского вращения от погрешности преобразования измерительного тракта. 45

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения угла фарадеевского вращения j2 ), согласно которому определяют экстремумы интенсивности линейно поляризованного зондирующего излучения на выходе из исследуемой среды при каждом иэ двух различных направлений приложенного к среде магнитного поля (Эмнн и З„„акс),.а уголдопределяют иэ соотношения п2 " макс мнн! макс мин/

1 макс мнн

Недостатком известного способа является, зависимость результата измерения угла фарадеевского вращения от погрешностей преобразования измерительного тракта, что снижает точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, основанному на определении экстремумов интенсивности линейно поляризованногб зондйрующего излучения на выходе его из исследуемой среды на каждом иэ двух различных направлений приложенного к среде магнитного поля, изменяют интенсивность зондирующего излучения и дополнительно определяют его экстремумы, а угол В находят иэ соотношения мнн2 мин1 макс 2 макс )

14 -у /у

g =- OrcSin

На чертеже изображена структурная схема устройства измерения угла фарадеевского вращения в оптическом

ИК диапазоне длин волн. Технические параметры устройства: угол вращения плоскости поляризации

1,0 : пороговая чувствительность к измерению вращения плоскости поляризации 0,01-0,03 ; возможность измерения на образцах с пропусканием

Т = 0,2 — 10 ; локальность изме-5 мин рений 20 мкм; толщина измеряемых образцов (из арсенида галлия, кремния или германия) от сотен до единиц микрон, а также возможность измерения участков диффузии и эпитаксии с укаэанной локальностью.

Излучение лазера 1 модулируется электрооптическим модулятором 2 с частотой модуляции 1 кГц и подается на вход ослабителя 3, выход которого соединен с измерительным трактом, состоящим из последовательно соединенных поляризатора 4; входной германневой линзы 5, установленной на входе магнита 6, обеспечивающего напряженность поля 10-14 кГс, в котором установлен исследуемь:й образец 7, выходной германиевой линзы 8, анализатора 9, ориентированного под углом 45 относительно

0 плоскости поляризации излучения, падающего на него, амплитупного поляризаторе 4 и анализаторе 9 выходной сигнал фазового детектора приемника 12 излучения находился в диапазоне линейного участка характеристики фазового детектора.

После этого микроЭВМ фиксирует в оперативно-запоминающем устройстве выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14, соответствующий начальной интенсивности 30„ линейно поляризованного зондирующего излучения лазера 1 при общем коэффициенте 5 преобразования измерительного преобразователя относительной мультипликативной j и абсолютной аддитивной d" систематических погрешностях преобразования.

Затем устанавливают на штативе исследуемый образец 7., ориентируют его под углом Брюстера по отношению к направлению распространения зондирующего излучения лазера 1 в оптическом тракте между германиевыми линзами 5 и 8. По команде микроЭВМ

15 вводят с помощью механизма 17 в оптический канал между германиевыми линзами 5 и 8 исследуемый образец 7.

Далее по команде микроЭВМ. 15 с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магнитного поля не станет парал30

Ъ 112551 делителя 10 мощности с калориметрической нагрузкой 11 на одном из его выходов и приемником 12 оптического излучения с фазовым детектором на другом, усилителя 13, аналога-цифрового преобразователя t4, микроЭВМ

15. Управление структурной схемой осуществляется по программе, введенной в запоминающее устройство микроЭВМ 15, и с помощью команд, подаваемых от микроЭВМ 15 к лазеру 1, модулятору 2, ослабителю 3, механизму 16 поворота магнита 6, механизму

17 вертикального перемещения образца 7. Индикация результата измерения эффекта Фарадея осуществляется по команде микроЭВМ 15 на цифровом индикаторе 18.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

В исходном состоянии исследуемый образец 7 выведен с помощью устройства 17 из оптического канала. Первоначально по,команде микроЭВМ t5 включают лазер 1 и модулятор 2, установив необхонимую частоту модуляции. Устанавливают такое ослабление ослабителя 3, чтобы в скрещенных

4 лелен направлению распространения зонлирующе го излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя 14 не появится выходной сигнал, который микроЭВМ 15 фиксирует в своем оперативно-запомина1 щем устройстве.

После этого по команде микроЭВМ 15 с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магнитного поля не окажется под углом к направлению распространения зондирующего излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя 14 не появится выходной сигнал, который микроЭВМ l5 фиксирует в своем оперативно-запоминающем устройстве °

Затем по команде микроЭВМ 15 изменяют (например, уменьшают) ослабление ослабителя 3 таким образом, что начальная интенсивность 3 „ зондирующего излучения лазера 1 увеличивается на различимое значение дно„, а выходной сигнал фазового детектора приемника

12 излучения находится в пределе линейного участка выходной характеристики фазового детектора.

После этого микроЭВМ фиксирует в оперативно-запоминающем устройстве выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14, соответствующий интенсивности 3 „ линейно поляризованного излучения лазера 1.

Затем по команде микроЭВМ 15 вводят с помощью механизма 17 исследуемый образец 7 в оптический канал между германиевыми линиями 5 и 8.

Далее микроЭВМ t5 фиксирует в оперативно-запоминающем устройстве выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14.

После этого по команде микроЭВМ 15 с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магйитного поля не станет параллелен распространению зондирующего излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя не появится выходной сигнал, который микроЭВМ 15 фиксирует в своем оперативно-запоминающем устройстве.

Затем микроЭВМ 15, используя зафиксированные в ее оперативно-запоминающем устройстве значения выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 14, вычисляет алгоритм, который предварительно вводят в оперативно-запоминающее устройство микроСоставитель л. Червоненкис

Редактор А. Мотыль Техред C.Мигунова Корректор И. Муска

Заказ 8531/32 Тираж 822

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4

$ 112551

ЭВМ 15 на угол поворота 8 в исследуемой среде плоскости поляризации зондирующего излучения лазера 1 °

Далее по команде микроЭВМ 15 5 индицируют на цифровом индикаторе 18 результат измерения угла наворота О в исследуемой среде 7 плоскости поляризации зондирующего излучения лазера 1, l0

После этого по команде микроЭВМ 15 выводят исследуемый образец 7 из оптического канала, устанавливают исходное ослабление ослабиФеля 3, IS выключают лазер 1 и модулятор 2. На этом процесс измерения угла фарадеевского вращения в исследуемом образце 7 заканчивают.

Использование преллагаемого способа измерения в сравнении с известными способами повысит пороговую чувствительность измерений в среднем на 5-67 за счет исключения влияния на них систематических погрешностей преобразования измерительного канала, позволит относительно просто программировать предложенный алгоритм измерения с использованием серийной электронно-вычнслительной техники, а также довести чистое время измерений до уровней 0,010 02 с каждое, что способствует повышению их точности.