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

18089. ОСНОВИ ЗАКОНОДАВСТВА УКРАЇНИ ПРО ОХОРОНУ ПРАЦІ 79.5 KB
  ОСНОВИ ЗАКОНОДАВСТВА УКРАЇНИ ПРО ОХОРОНУ ПРАЦІ Тема 1.1. ЗМІСТ ЦІЛІ І ЗАДАЧІ ОХОРОНИ ПРАЦІ Навчальні питання лекції Місце і роль охорони праці в трудовій діяльності нашого суспільства. Законодавчі та нормативноправові акти з охорони праці. Основні п
18090. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ 70 KB
  Тема 1.2. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ Практичне заняття 2 години. Навчальні питання занять: Гарантії прав громадян з охорони праці. Нормування праці і відпочинку. Трудова дисципліна. Література: Законодавство України про охорону праці // Зб...
18091. ОХОРОНА ПРАЦІ ЖІНОК, НЕПОВНОЛІТНІХ, ТА ІНВАЛІДІВ 72.5 KB
  Тема 1.3 ОХОРОНА ПРАЦІ ЖІНОК НЕПОВНОЛІТНІХ ТА ІНВАЛІДІВ Лекція 2 години Навчальні питання лекції: Охорона праці жінок. Охорона праці неповнолітніх. Охорона праці інвалідів.. Література: Законодавство України про охорону праці // Збірни
18092. МЕДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ 56 KB
  Тема 1.4 МЕДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ Практичне заняття 2 години Навчальні питання занять: Види медичного забезпечення охорони праці. Порядок організації і проведення медичних оглядів. Права та обов’язки підприємств і працівників щодо медичног...
18093. СОЦІАЛЬНИЙ ЗАХИСТ ПРАЦІВНИКІВ 119 KB
  Тема 1.5. СОЦІАЛЬНИЙ ЗАХИСТ ПРАЦІВНИКІВ Лекція 2 години. Навчальні питання лекції: Державне соціальне страхування. Соціальний захист громадян на ринку праці. Регулювання трудових відносин Література: Законодавство України про охорону праці //...
18094. ПСИХОФІЗІОЛОГІЯ ПРАЦІ 119 KB
  Тема 2.1. ПСИХОФІЗІОЛОГІЯ ПРАЦІ Лекція 2 години. Навчальні питання лекції: Психофізіологічні аспекти праці. Критерії тяжкості та напруженості праці. Адаптація трудової діяльності людини. Література: М.П.Гандзюк Є.П.Желібо М.О.Халімовський. Основи охо
18095. ГІГІЄНА ПРАЦІ І ВИРОБНИЧА САНІТАРІЯ 56.5 KB
  Тема 2.2 ГІГІЄНА ПРАЦІ І ВИРОБНИЧА САНІТАРІЯ Практичне заняття 2 години Навчальні питання занять: Основні поняття гігієни праці і виробничої санітарії. Класифікація умов праці. Пільги і компенсації за шкідливі і важкі умови праці. Література: ...
18096. ОЗДОРОВЛЕННЯ ПОВІТРЯ ВИРОБНИЧОГО СЕРЕДОВИЩА 50 KB
  Тема 2.3. ОЗДОРОВЛЕННЯ ПОВІТРЯ ВИРОБНИЧОГО СЕРЕДОВИЩА Практичне заняття 2 години. Навчальні питання занять: Дія шкідливих речовин на організм людини. Гігієнічне нормування повітря робочої зони. Захист працівників від шкідливих речовин у повітрі. ...
18097. ОСВІТЛЕННЯ ВИРОБНИЧОГО СЕРЕДОВИЩА 90.5 KB
  Тема 2.4. ОСВІТЛЕННЯ ВИРОБНИЧОГО СЕРЕДОВИЩА Практичне заняття 2 години. Навчальні питання занять: Загальні вимоги до освітлення виробничого середовища. Природне освітлення та його розрахунок. Штучне освітлення та його нормування. Література: З