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

20857. З'єднання, одержувані для формування рамок із брусків із прямокутним підрізуванням 197.5 KB
  Дизайнаналіз: виконання аналізу аналогів у письмовій та графічній формі зразок графічної форми дивись у додатку 1; вироблення ідей та варіантів; проведення дизайнаналізу; взаємозвязок між призначенням виробу і матеріалом з якого він виготовлений; аналіз форми виробу; звязок між формою і функціональним призначенням виробу; способи ручної та механічної обробки матеріалів; кінцева обробка та оздоблення виробів. Аналіз виробу: формування основних параметрів і граничних вимог; вибір оптимального варіанту та обґрунтування проекту;...
20858. Штангенциркуль 218 KB
  Штангенциркуль складається із стальної лінійки штанги 5 з міліметровими поділками відносно якої переміщується рамка 4 з ноніусом і двох пар губок ніжок нерухомих 1 та рухомих 2. Різновиди штангенциркулів Цифровий штангенциркуль Отримання результатів вимірювання штангенциркулем.
20859. Макроэкономическое равновесие на товарном рынке. Кейнсианский подход 153 KB
  Методологические основы кейнсианского подхода. Компоненты совокупного спроса в кейнсианской модели. Кейнсианская функция потребления и сбережения. Теория инвестиционных решений. Равновесный уровень дохода. Модель «утечка-инъекции».
20860. Проблемы преподавания планиметрии и стереометрии через элективные курсы в школе 278.53 KB
  Перехода к профильному обучению математике в общеобразовательной школе, предусматривающей также элективные курсы по геометрии, и не разработанностью теоретических основ их проектирования; осуществления преемственности базового, профильного и элективного курсов по геометрии и отсутствием требований к отбору содержания последних...
20861. Хіміко-термічна обробка металів та сплавів 108 KB
  Мета хіміко-термічної обробки - надати поверхневому шару стальних деталей підвищеної твердості, зносостійкості, жаростійкості, корозійної стійкості та ін. Для цього нагріті деталі поміщають у середовище, з якого в процесі дифузії у поверхневий шар переходять деякі елементи (вуглець, азот, алюміній, хром, кремній, бор та ін.)
20862. Толковый словарь психиатрических терминов 1.75 MB
  В словаре представлены толкования основных терминов и понятий, наиболее часто употребляемых в современной психиатрической литературе, а также в смежных науках и областях знаний (психотерапии, неврологии, психологии, философии, физиологии и др.). Приведено лаконичное, но достаточно полное смысловое значение каждого термина
20863. Дифференциальная диагностика и лечение некоронарогенных заболеваний миокарда 279.5 KB
  Миокардит представляет собой поражение сердечной мышцы преимущественно воспалительного характера, обусловленное опосредованным через иммунные механизмы воздействием инфекции, паразитарной или протозойной инвазии, химических и физических факторов, а также возникающее при аллергических и иммунных заболеваниях.
20864. Договор дарения и специфика его применения в практической юриспруденции в условиях Российской Федерации 228.5 KB
  Совершенно ясно, что, как в теоретических, так и в практических позиций, договор уже очень давно перестал быть чем-то вторичным, вспомогательным среди воплощений права. Об этом, бесспорно, свидетельствует то обстоятельство, что договорами буквально пронизаны все сферы жизни современного общества.
20865. Учет и аудит выпуска готовой продукции (работ, услуг) 505 KB
  Целью дипломной работы является изучение операций по выпуску и оприходованию готовой продукции (работ, услуг), правилами их оценки и методикой отражения в бухгалтерском учете всех этих операций, рассмотрение порядка отражения этих операций на синтетических и аналитических счетах в бухгалтерском учете.