23079

Вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників за допомогою компенсатора Бабіне

Лабораторная работа

Физика

Відомо що лінійнополяризоване світло яке падає на межу поділу діелектрик провідне середовище після відбиття перетворюється на еліптичнополяризоване крім того випадку коли напрям коливань електричного вектора лежить в площині падіння або в перпендикулярній площині. Вимірюючи параметри еліптичнополяризованого світла а саме; зсув фаз Δ між р та s складовими електричного вектора відбитої хвилі азимут відновленої поляризації ψ а також кут падіння світлової хвилі на площину дзеркала φ можна обчислити оптичні сталі n і κ з співвідношень...

Украинкский

2013-08-04

278.5 KB

0 чел.

Робота 1.

Вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників за допомогою компенсатора Бабіне

Прилади: джерело світла, монохроматор, поляризаційний гоніометр з компенсатором Бабіне, досліджуваний зразок у вигляді плоского дзеркала.

Теоретичні відомості

Вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників має важливе значення для їх електронної теорії. Найточніше оптичні сталі можна виміряти методами, основаними на аналізі поляризованого світла, відбитого від плоского дзеркала з досліджуваних матеріалів.

Відомо, що лінійнополяризоване світло, яке падає на межу поділу діелектрик - провідне середовище, після відбиття перетворюється на еліптичнополяризоване, крім того випадку, коли напрям коливань електричного вектора лежить в площині падіння або в перпендикулярній площині. Вимірюючи параметри еліптичнополяризованого світла, а саме; зсув фаз Δ між р- та s - складовими електричного вектора відбитої хвилі, азимут відновленої поляризації ψ, а також кут падіння світлової хвилі на площину дзеркала φ, можна обчислити оптичні сталі n і κ з співвідношень

 (1)

формули (1) знайдено для випадку, коли електричний вектор падаючої хвилі орієнтовано під кутом 45° до р- та s -напрямів. Нагадаємо, що р - напрям складової електричного вектора, яка лежить у площині падіння, а s - у перпендикулярній площині.

Якщо еліптичнополяризоване світло, відбите від дзеркала, відновити до лінійнополяризованого, вводячи додатковий зсув фаз Δ', то електричний вектор коливатиметься під деяким кутом ψ до s-напряму, причому ψ < 45°. Кут ψ називається азимутом відновленої лінійної поляризації, Як випливає з формул (1). найбільша точність визначення оптичних сталих n і κ  досягається при головному куті падіння. Головним кутом падіння називається кут , для якого зсув фаз Δ = 90°, Формули (1) при головному куті падіння спрощуються і набирають вигляду

 (2)

де - азимут відновленої поляризації при головному куті падіння;  - головний кут.

Для видимої ділянки спектра головний кут у більшості металів лежить в інтервалі 65-800. В інфрачервоній ділянці спектра він наближається до 900.

Експериментальна частина

Схема установки

Оптична схема установки наведена на рис.1. Світлові промені від вихідної .щілини монохроматора. Sp спрямовуються лінзою Л1 на вхідну щілину коліматора S , розташовану у фокальній площині об’єктива коліматора 01. Паралельні пучки променів проходять крізь поляризатор Р, дзеркальний зразок М, компенсатор Бабіне К, аналізатор А і потрапляють у зорову трубу, яка складається з об’єктива О2 та окуляра Ок. . Коліматор разом з поляризатором закріплені на одному з рухомих стояків гоніометра, а компенсатор, аналізатор і зорова груба - на іншому. Досліджуваний зразок М встановлюється на столику гоніометра.

Компенсатор Бабіне складається з двох кварцових клинів. Оптична вісь одного з них паралельна заломлюючому ребру клина, а іншого - перпендикулярна. Перший клин пересувається відносно другого за допомогою мікрометричного гвинта, так що загальна товщина плоско-паралельної пластинки змінюється. При цьому змінюється різниця фаз між двома взаємно перпендикулярними лінійно-поляризованими хвилями, які проходять у певному місці. Різниця фаз визначається за формулою

де no та ne- показники заломлення звичайного та незвичайного променів; d1 та d2 - товщина першого і другого клинів у даному місці компенсатора.

Оскільки товщина клинів змінюється лінійно, зсув фаз вздовж компенсатора також змінюється лінійно. Якщо на компенсатор падає лінійнополяризоване світло і електричний вектор коливається під деяким кутом ψ до однієї з осей компенсатора , то в місцях, де Δ=2кπ, виходитиме лінійнополяризоване світло незмінної орієнтації, а в місцях, де Δ=(2к+1)π - лінійнополяризоване світло з напрямом коливань, повернутим на кут 2ψ. Якщо площина коливань в аналізаторі перпендикулярна до площини коливань у поляризаторі, то в місцях, де Δ=2кπ, у монохроматичному світлі помітні темні смуги. Якщо аналізатор повернути на кут 2ψ, темні смуги спостерігатимуться в місцях, де Δ=(2к+1)π. Ця система смуг лежить посередині між попередніми смутами. При падінні на компенсатор світла, відбитого від дзеркала, система темних смуг зміщується на деяку відстань l відносно попередньої системи, коли на компенсатор падає лінійнополяризоване світло. Зсув фаз Δ у падаючому еліптичнополяризованому світлі пропорційний l , тобто  Δ=сl. Тут с - коефіцієнт пропорційності (с=2π/L , де L відстань між сусідніми темними смугами). Треба зауважити, що в білому світлі смуги забарвлені, але центральна смуга, де Δ=0, тобто d1=d2, темна. Тут для всіх довжин хвиль зсув фаз Δ=0.

Осями компенсатора називаються напрями, вздовж яких коливаються вектори в звичайній та незвичайній хвилі.

Виконання роботи

1. Градуювання компенсатора. Для вимірювання зсуву фаз Δ необхідно спочатку визначити сталу компенсатора. Для цього коліматор і зорову трубу разом з компенсатором та аналізатором встановлюють так, щоб їх оптичні осі збігались. При цьому зразка на столику немає. Зорову трубі настроюють на площину компенсатора за допомогою додаткової лінзи Л2 (рис.1). Компенсатор розташований у фокальній площині лінзи Л2. В поле зору потрапляє різке зображення смуг на компенсаторі і перехрестя ниток в окулярі, які можна використати замість репера. Замість репера можна також використати і окулярний мікрометр За допомогою окулярного мікрометра вимірюють відстань між смугами l і обчислюють сталу компенсатора c. Далі встановлюють вибрану реперну поділку на центральну темну смугу. Це зробити краще в білому світлі, коли всі смуги, крім центральної, забарвлені.

2. Вимірювання кута падіння φ  Дзеркальний зразок необхідно встановити на столик гоніометра перпендикулярно до його площини. Вхідний коліматор та зорова труба повинні бути настроєні на нескінченність. Виймають лінзу Л2 і повертають столик гоніометра на зорову трубу, добиваючись збігу вхідної щілини коліматора з перехрестям ниток окуляра зорової труби. Потім за допомогою ноніусів визначають кут між. коліматором і зоровою трубою, який дорівнює 2φ, Кут φ має наближатися до головного кута.

3. Вимірювання зсуву фаз. Після вимірювання кута падіння треба зняти компенсатор Бабіне, а лінзу Л2 поставити на своє місце. Обертаючи поляризатор і аналізатор, досягають повного гашення у присутності зразка. Це можливо лише тоді, коли напрями коливань електричного вектора поляризатора і аналізатора збігається з р- та s - напрямами зразка. Після цього встановлюють. компенсатор і обертають його навколо променя, добиваючись повного гашення і зникнення смуг. В. цьому випадку осі компенсатора збігаються з р - та s - напрямами. Поляризатор повертають на 45°, а аналізатор так, щоб виникло чітке зображення смуг максимальної контрастності. Поляризатор та аналізатор необхідно повертати в один бік. Зразок вносить деякий зсув фаз, і система смуг змінюється відносно репера. Вимірявши по окулярному мікрометру зсув смуг l, легко обчислити зсув фаз за формулою Δ=cl.

4. Вимірювання азимута відновленої лінійної поляризації. Аналізатор повертають від чіткого зображення на компенсаторі Бабіне однієї системи смуг до чіткого зображення іншої системи смуг, зміщених відносно попередніх на півперіоду. Кут повороту аналізатора дорівнює 2ψ, або 180°- 2ψ. Азимут відновленої лінійної поляризації , де  та  - амплітуди р- та s- складових у відбитій хвилі. Оскільки завжди <, то ψ<450. Якщо ψ>90°, то виміряно не кут ψ а доповняльний до 1800.

5. Обчислення . оптичних сталих і побудова дисперсійних кривих n(λ) та κ(λ). Необхідно виміряти n і κ для ряду довили хвиль λ видимого діапазону (650-450 нм) через 20-30 нм. За формулами (1) обчислюють оптичні сталі і будують графіки залежності n(λ) та κ(λ) із зазначенням точності вимірювань.

6. Вимірювання оптичних сталих при головному куті падіння. Для вимірювання оптичних сталих при головному куті падіння необхідно для даної довжини хвилі λ змістити репер на компенсаторі на ¼l від центральної темної смуги при спостереженні смуг без зразка, а потім встановити зразок і орієнтувати компенсатор відносно р- і s- напрямів, як описано в п. 3. Змінюючи кут падіння, добитися збігу репера з центральною темною смугою. Після цього виміряти головний азимут  та головний кут падіння . Оптичні сталі обчислити за формулами (2) і порівняти їх з даними, знайденими для цієї довжини хвилі при неголовному куті падіння.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71498. Цифровые методы модуляции 157.25 KB
  Цель работы: изучение теоретических основ аналоговой модуляции. Задание: Произвести амплитудную и угловую цифровую модуляцию сообщения. Произвести соответствующую демодуляцию и восстановить исходное сообщение при различных СКО шума и построить графики зависимости числа ошибок...
71499. Распознавание образов на базе нейронных сетей 817.93 KB
  Цель работы: разработать подсистему идентификации сигналов в системе MATLAB. Задание: Разработать подсистему распознавания сигналов. Разработать источники сигналов разной формы. Обучить нейрону сеть и выполнить распознавание сигналов.
71500. КОРРЕКЦИЯ ОБЩЕГО НЕДОРАЗВИТИЯ РЕЧИ У ДОШКОЛЬНИКОВ (ФОРМИРОВАНИЕ ЛЕКСИКИ И ГРАММАТИЧЕСКОГО СТРОЯ) 2.39 MB
  Развитие словаря ребенка тесно связано с одной стороны с развитием мышления и других психических процессов а с другой стороны с развитием всех компонентов речи: фонетико-фонематического и грамматического строя речи. В связи с этим в словаре ребенка рано появляются слова конкретного...
71501. ВИВЧЕННЯ МАГНІТНИХ СПЛАВІВ І ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНОГО МАГНІТОМЕТРА. ВИЗНАЧЕННЯ НАМАГНІЧЕНОСТІ НАСИЧЕННЯ СПЛАВІВ ТА ВПЛИВУ НА МАТЕРІАЛИ ТЕРМІЧНИХ ОБРОБОК 177.5 KB
  Мета роботи: Вивчення роботи диференціального магнітометра та дослідження з його допомогою основних магнітних характеристик і фазових перетворень в магнітних сплавах. Конструкція магнітометра та принцип його роботи.
71502. ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПОРУ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ 794 KB
  Електропровідність або питомий опір, як константи речовини входять в основні закони – закон Ома і закон Джоуля-Ленца. В загальному випадку питома електропровідність – тензорна величина, а саме симетричний тензор другого рангу. В кристалах з кубічною структурою електропровідність не залежить від напрямку.
71503. ВИВЧЕННЯ МЕХАНІЗМІВ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ 837 KB
  Коефіцієнт теплопровідності теплопровідність визначається рівнянням Фурє: 1 де густина теплового потоку Вт м2 λ теплопровідність Вт м·К градієнт температури К м. Рівняння Фурє справедливе для невеликих значень градієнта температури коли відхилення системи від рівноважного стану...
71504. Исследование зависимости жёсткости тела от его размеров 176 KB
  Цель работы: пользуясь зависимостью силы упругости от абсолютного удлинения вычислить жёсткости пружин разной длины. Поэтому силы упругости имеют электромагнитную природу. Сила упругости всегда направлена к положению равновесия и стремится вернуть тело в исходное состояние.