Способ измерения показателя поглощения в кристаллах

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ, включающий лазерный нагрев образца и одновременную регистрацию линейной части приращения двупреломления в направлении, перпендикулярном поверхности, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения в образцах, обладающих значительным поверхностным поглощением, лазерный луч, возбуждающий термоупругие напряжения, пропускают вдоль пластины через боковые торцы параллельно поверхности, ориентированной по плоскости (100) в направлении <110>& или <:100>& и определяют показатель поглощения К по формуле•^'Ш?^;'где Г - линейная часть приращения разности кода-^t - время линейного нарастания;Y - удельная объемная теплоемкость;N - мощность лазера;oi - коэффициент линейного расширения;'f< - расстояние между возбуждаю- ' щим лазерным лучом и прямой, по которой измеряют линейную часть приращения разности хода;f и С - значение модуля Юнга и фотоупругой константы для выбранной комбинации направления лазерного луча и измерения линейной части приращения разности хода.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) 151) 4 С 01 N 21/59

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Гg к.—, 1 ГСЙ 0 где Г—

ГиС

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2671187/18-25 (22) 15.09.78 (46) 15.03.86. Бюл. Ф 10 (71) Специальное конструкторское бюро института кристаллографии им. А.В. Шубникова (72) И.Е. Лифшиц, С.M. Кунина

А.Б. Васильев, Л.Д. Кисловский и В.С. Чудаков (53) 535.34(088,8) (56) Hass М. Measurment of very

Zow. absorption Coefficients by

Zaser Calorymetry.

Дарвайд Т.И. и др. Исследование некоторых свойств кристаллов

КРС в 10 микронной области спектра, "Квантовая электроника", т. 2, Р 4, с. 765-772, 1975, (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ, включающий лазерный нагрев образца и одновременную регистрацию линейной части приращения двунреломления в направлении, перпендикулярном поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в образцах, обладающих значительным поверхностным поглощением, лазерный луч, возбуждающий термоупругие напряжения, пропускают вдоль пластины через боковые торцы параллельно поверхности, ориентированной по плоскости (100) в направлении <110) или (100) и определяют показатель поглощения K no формуле линейная часть приращения разности кода время линейного нарастания, удельная объемная теплоемкость, мощность лазера; коэффициент линейного расширения расстояние между возбуждаю- щим лазерным лучом и прямой, по которой измеряют линейную часть приращения разности хода, значение модуля Юнга и фотоупругой константы для выбранной комбинации направления лазерного луча и измерения линейной части приращения разности хода.

713243

Гg

tECNe где à — линейная часть приращения разности хода, 55 — время линейного нарастания линейной части приращения разности хода, Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для контроля выращива1ния кристаллов, для дефектоскопии заготовок и силовых элементов, используемых в лазерной технике, а также физических исследованиях, направленных механизмов слабого поглощения.

Известен способ измерения пока- 10 зателя поглощения, основанный на лазерном нагреве прозрачных объектов.

Известен также способ измерения показателя поглощения в кристаллах, включающий лазерный нагрев образца и 15 одновременную регистрацию линейной части приращения двупреломления в направлении, перпендикулярном поверхности.

Однако известные способы во-пер- 20 вых, контактные, т.е. результат изме рения зависит от качества контакта датчика с поверхностью образца. Вовторых, при измерении образцов с большим поверхностным поглощением 25 происходит систематическое завышение измеряемых значений объемного поглощения. В-третьих,. за время измерения (которое составляет 1-2 мин) происходит теплоотвод от образца, что также приводит к погрешностям в определении показателя поглощения, особенно в образцах большого диаметра.

Целью предлагаемого способа измерения показателя поглощения в кристаллах является повышение точности измерения в образцах, обладающих значительным поверхностным поглощением.

Поставленная цель достигается тем, 40 что образец нагревают лазерным лучем и одновременно регистрируют линейную часть линейного двупреломления в направлении, перпендикулярном поверхности, при этом лазерный луч, возбуждающий упругие напряжения, пропускают вдоль пластины через боковые торцы параллельно поверхности, ориентированной по плоскости (100) в направлении <110> или <100 > и определяют показатель поглощения К по формуле:

) — удельная объемная теплоемкость, М вЂ” мощность лазера, м — коэффициент линейного расширения, 1 — расстояние между возбуждающим лазерным лучем и прямой, по которой измеряют линейную часть приращения разности хода Г; — значение модуля Юнга, С вЂ” значение фотоупругой константы для выбранной комбинации направлений лазерного луча и измерения линейной части приращения разности хода.

Данный способ основан на кратковременном индуцировании термоупругих, напряжений при лазерном воздействии и синхронн6й динамической регистрации линейной части приращения двупреломления с помощью монохроматизированного излучения, которое не оказывает заметного воздействия на кристалл. Существенное отличие способа состоит в том, что лазерный луч пропускается параллельно поверхности пластины через боковые торцы, а не нормально к ней; Измерение линейной части приращения производит. ся в направлении, перпендикулярном поверхности в средней ее части. Такие условия дают возможность прямых измерений объемного поглощения, так как нагреваемая поверхность боковых торцов, которые также могут иметь большой коэффициент поглощения, практически не оказывается.на измерениях двупреломления.

Значение модуля Юнга и фотоупругой константы кристалла зависят от ориентации пластинки и выбранного направления для лазерного луча. Особенно сильно изменяется фотоупругая константа. Поэтому чтобы повысить точность и упростить расчетную формулу необходимо использовать определенные ориентации кристалла. Например, наибольшая чувствительность достигается, когда поверхность пластины параллельна плоскости симметрии (100), а направление распространения луча параллельно кристаллографическому.направлению 110. Измене ние условий измерений приводит к изменению расчетной формулы.

На фиг. 1 приводится принципиальная схема устройства, реализующего

713243 предлагаемый способ; на фиг, 2 характерная кривая записи нарастания разности хода, наводимой в кристалле в результате воздействия лазерного излучения.

Устройство состоит из лазера 1 с непрерывной генерацией излучения средней мощности, например ЛГ-22, поворотного зеркала-затвора 2, измерителя 3 мощности, исследуемого кристалла 4, поглотителя 5 излучения лазера, фотоэлектрического полярископа, содержащего осветительную

6 и регистрирующую 7 части, и самописца 8.

Устройство работает следующим образом.

Оператор включает зеркало-затвор

2. При этом открывается зеркало и лазерный луч проходит через боковые торцы параллельно поверхности кристалла и затем поглощается поглотителем 5. Во время прохождения луча в пластине наводятся термоупругие напряжения, обусловленные частичным поглощением лазерной энергии. На некотором расстоянии от лазерного луча перпендикулярно поверхности кристалла одновременно с лазерным лучом пропускают маломощное монохроматизированное излучение от осветителя 6 полярископа. Это излучение измеряется регистрирующей частью 7 полярископа и после преобразования в электрические сигналы записывается самописцем 8. Диаграммная лента самописца включается синхронно с зеркалом-затвором. Экспозиция кристалла продолжается в течение нескольких секунд.

В конце экспозиции зеркало-затвор . выключается и одновременно останавливается диаграммная лента. Лазерный луч при закрытом затворе направляется на измеритель мощности 3> с помощью которого мощность излучения лазера измеряется до и после экспозиции. Зная калибровочные данные полярископа и скорость диаграммной ленты, по углу наклона прямой, !

О зафиксированной самописцем, определяют приращение разности хода sa секунду. Это приращение, а также усредненное значение мощности лазер- ного луча и физические константы кристалла используются при расчете показателя поглощения К по приведен ной формуле.

Данный способ полностью исключает погрешности, .обусловленные поверхностным поглощением лазерной энергии в сравнении с известными, предложенный способ является бесконтактным и, следовательно, исключает погрешности, обусловленные измере25 нием температуры поверхности кристаллов. Кроме того, данный способ требует минимальной затраты времени, всего несколько секунд, а также позволяет проводить измерения без вакуумирования на образцах, которые могут в дальнейшем использоваться для технических применений, а разме-, ры образцов (в максимальную сторону) неограничены.

Способ обладает высокой чувствительностью, экспрессностью и эффективностью при исследовании кристалI лов с большим поверхностным поглощением.

ВНИИПИ Заказ 1165/2

Тираж 778 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 0