Сканирующий коноскоп

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Автор Меркулов Владимир Сергеевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Сканирующий коноскоп, характеризующийся тем, что содержит оптически связанные источник излучения и циркулярный поляризатор, последовательно расположенные по ходу луча держатель исследуемого объекта, светоделитель, первый и второй двулучепреломляющие анализаторы с двумя фотоприемниками каждый, к выходам которых подключены соответственно первый и второй дифференциальные усилители, соединенные с блоком обработки информации, который соединен с двумя расположенными между поляризатором и анализаторами идентичными шаговыми двигателями, подключенными к держателю с возможностью наклона исследуемого объекта по отношению к пучку излучения. Изобретение относится к поляризационно-оптическим устройствам, предназначенным для измерения характеристик кристаллов и, в частности, для нахождения направлений оптических осей кристаллов. Область применения - контроль параметров кристаллов в процессе изготовления срезов с заданной ориентацией по отношению к оптическим осям,поляризационно-оптические измерения кристаллов, эллипсометрия. 18075 1 2014.04.30 Для поиска направлений оптических осей в прозрачных кристаллах и качественного анализа величины двупреломления используется поляризационная интерференция в сходящихся лучах 1. Приборы для наблюдения таких интерференционных коноскопических картин называются коноскопами. Простейший коноскоп состоит из источника излучения,поляризатора, линзы, предназначенной для создания сходящегося пучка света, попадающего на исследуемый кристалл, анализатора и объектива. Анализ коноскопических фигур носит, как правило, качественный визуальный характер. Для получения численных характеристик и, в частности, углов ориентации оптических осей необходимо сканировать фотографическое изображение коноскопических фигур с помощью средств денситометрии или использовать матричные фотоприемники для сканирования распределения интенсивности света в плоскости апертуры. Кроме того, при интенсивностных измерениях теряется информация о направлении поляризации анализируемого излучения. При исследовании кристаллов со значительным поглощением или в инфракрасном диапазоне визуальная коноскопия вообще не приемлема. При использовании лазерных источников монохроматического излучения создание сходящегося пучка света требует применения дополнительных расширителей пучка света,прежде чем он попадает на фокусирующую линзу. Вместе с тем теряются преимущества лазерного излучения, связанные с малой угловой расходимостью пучка. В связи с этим целесообразней использовать устройства, использующие дискретное изменение (сканирование) углов падения светового пучка на кристалл. Тем самым обеспечивается многоканальность по углам падения. Для последующей регистрации характеристик поляризации прошедшего излучения используются автоматические поляриметры. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство, описанное в 2, содержащее источник излучения,поляризатор, анализатор, фотоприемники и блок обработки информации. Недостатком прототипа является то, что не имеется возможности установки разных углов падения светового пучка на кристалл, блок обработки информации не обеспечивает синхронную регистрацию сигнала при дискретных изменениях углов падения. Задачей настоящего изобретения является автоматизация сканирования по углам падения светового пучка на кристалл за счет конструктивных особенностей устройства. Поставленная задача достигается тем, что сканирующий коноскоп содержит оптически связанные источник излучения и циркулярный поляризатор, последовательно расположенные по ходу луча держатель исследуемого объекта, светоделитель, первый и второй двулучепреломляющие анализаторы с двумя фотоприемниками каждый, к выходам которых подключены соответственно первый и второй дифференциальные усилители, соединенные с блоком обработки информации, который соединен с двумя расположенными между поляризатором и анализаторами идентичными шаговыми двигателями, подключенными к держателю с возможностью наклона исследуемого объекта по отношению к пучку излучения. На фигуре приведена схема сканирующего коноскопа. Устройство содержит источник излучения 1 и циркулярный поляризатор 2, исследуемый кристалл 3, закрепленный таким образом, что два поворотных шаговых двигателя 4 и 5 обеспечивают дискретное изменение углов наклона кристалла вокруг осейи , светоделитель 6, образующий два одинаковых по поляризации пучка света, анализаторы 7 и 8, например поляризационные призмы Волластона, фотоприемники 9-12, дифференциальные усилители 13 и 14, каждый из которых подключен к выходам двух фотоприемников каждого анализатора, блок обработки информации 15, связанный с шаговыми двигателями, что позволяет регистрировать сдвиг фаз и главные направления исследуемого кристалла в зависимости от углов падения света. Сканирующий коноскоп работает следующим образом. Излучение источника 1 направляют через циркулярный поляризатор 2, устанавливают круговую поляризацию излучения. 2 18075 1 2014.04.30 Затем излучение направляют вдоль осина исследуемый кристалл 3, вырезанный в виде плоскопараллельной пластинки. С помощью двух шаговых двигателей 4 и 5 устанавливают дискретные углы поворота кристаллаисоответственно вокруг осейи . Состояние поляризации излучения после прохождения кристалла в общем случае эллиптическое. Поляризационные призмы 9 и 10 устанавливают со следующими постоянными азимутами 70, 845. Поляризационная призма, например призма Волластона, разделяет падающий на нее пучок излучения произвольной поляризации на два линейно-поляризованных пучка. Азимут плоскости поляризации одного из выходящих пучков совпадает с азимутом поляризационной призмы, а другого отличается на 90. Интенсивности пучков, падающих на фотоприемники 9-12, следующие 9(1 -2), 10(12), 11(12), 12(1 -2),где- разность фаз исследуемого кристалла,- азимут главных направлений,коэффициент пропорциональности. Сигналы с фотоприемников 9 и 10 взаимно вычитаются и усиливаются дифференциальным усилителем 13, на выходе которого будет сигнал 13- 02. Аналогично на выходе дифференциального усилителя 14 получим 1402. Сигналы 13 и 14 поступают в блок обработки информации 15, связанный с шаговыми двигателями, что позволяет вычислить сдвиг фази азимут главных направленийисследуемого кристалла в зависимости от углов падения светаипо следующим формулам(- 13/14)/2,(132142)/ 02. Сравнительные характеристики заявленного устройства и прототипа заключаются в следующем. Наличие двух шаговых двигателей, предназначенных для контролируемого наклона исследуемого кристалла по отношению к пучку излучения, позволяет автоматически изменять углы падения светового пучка на кристалл. Блок обработки информации предусматривает синхронную регистрацию сдвига фази азимута главных направленийисследуемого кристалла в зависимости от углов падения светаи . В сравнении с традиционным вариантом устройства, когда имеется только один канал регистрации, а поляризатор 2 и анализатор 7 выполнены линейными, и измеряется только один сигнал, пропорциональный интенсивности света, падающего на один фотоприемник,на выходе блока обработки информации получаем обычную коноскопическую картину, и теряется информация о сдвиге фаз и главных направлениях исследуемого кристалла. Предлагаемое устройство было использовано при исследовании слабопоглощающих кристаллов, а также при исследованиях в ближней инфракрасной области спектра, когда визуальная коноскопия невозможна. Источники информации 1. Борн М, Вольф Э. Основы оптики. - М. Наука, 1973. - С. 644-647. 2. А. с. СССР 813145, 1979. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3