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

23010. Мовознавство теоретичне і прикладне 31.5 KB
  Мовознавство або лінгвістика наука про природну людську мову загалом і про всі мови світу як її індивідуальних представників. Прикладне мовово – напрям у мовознавстві який опрацьовує методи вирішення практичних завдань пов’язаних із використанням мови. Теоретичне мовознавство включає лише лінгвістичні проблеми що стосуються найсуттєвіших ознак мови як суспільного явища в її відношенні до інших явищ дійсності. У такому разі загальне мовознавство лінгвістична дисципліна яка вивчає всі мови світу і є ніби узагальненням конкретних...
23011. Основні проблеми загального мовознавства 30.5 KB
  Основні проблеми загального мовова Мовознавство або лінгвістика наука про природну людську мову загалом і про всі мови світу як її індивідуальних представників. Загальне мовознавство вивчає загальні особливості мови як людського засобу спілкування а також структуру й закономірності функціонування всіх мов світу. До них належать суть мови її природа походження закони розвитку зв’язок із мисленням культурою. Цей курс охоплює такі основні проблеми: природу і сутність мови в науці немає єдиного розуміння цієї проблеми різні напрями...
23012. Методи дослідження в мовознавстві 35 KB
  Методи дослідження в мовові Термін метод від гр. дослідження вчення шлях пізнання неоднозначний: він уживається в загальнонауковому філософському значенні у спеціальнонауковому що стосується певної галузі науки: в значенні прийом спосіб дії яке звичайно позначається словом методика. їх часто називають методами. наведення метод дослідження згідно з яким на підставі знання про окреме роблять висновок про загальне.
23013. Синхронічний та діахронічний аспекти вивчення мовних одиниць 33 KB
  syn разом і chronos час тобто одночасність 1 стан мови в певний момент її розвитку в певну епоху; 2 вивчення мови в цьому стані в абстракції від часового чинника. dia через і chronos час тобто різночасність 1 історичний розвиток мови; 2 дослідження мови в часі в її історичному розвитку. Поступові кількісні зміни у мові протягом століть зумовили Якісні зміни причому такі що сучасному мовцеві важко зрозуміти давні тексти. Відповідно в мовознавстві розрізняють стан мови та розвиток мови.
23014. Проблема походження мови, основні теорії походження мови 43.5 KB
  Проблема походження мови основні теорії походження мови. Проблема походження мови є дуже складною. проблему походження мови порушувалася в межах філософських дискусій про сутність мови. Представники школи Платона вважали що назви предметам даються не довільно а відповідно до їх Природи що свідчить про природний характер мови і відповідно закономірну біологічну зумовленість її виникнення.
23015. Синтагматичний та парадигматичний аспекти дослідження мовних одиниць 28 KB
  Синтагматичний та парадигматичний аспекти дослідження мовних одиниць. Синтагматика – один із двох системних аспектів у вивченні мови який розглядає відношення між послідовно розташованими одиницями за їхнього безпосереднього поєднання в реальному потоці мовлення або в тексті тобто сполучуваність мовних одиниць. Парадигматична методика охоплює опозиційний прийом на основі зіставлення і протиставлення мовних одиниць встановлюються їх диференційні ознаки а на основі спільності й відмінності одиниці об'єднуються в різні парадигматичні...
23016. Фактори розвитку мов. Поняття національна мова, літературна мова 29 KB
  Поняття національна мова літературна мова. Літературна мова – унормована мова суспільного спілкування загальноприйнята в писемній та усній практиці. Літературна мова одна із форм національної мови що існує поряд з іншими її формами – діалекти просторіччя мова фольклору.мови нормованість кодифікованість полі функціональність загально значущість наявність не тільки писемного а й усного різновиду.
23017. Семіотика як наука про знакові системи 35 KB
  Вивчення мови на рівних правах і тотожними методами мислиться в складі семіології єдиної науки про знаки. За першою класифікацією всі знаки поділяють на знакиіндекси знакикопії знакисигнали і знакисимволи. Знакиіндекси знакиприкмети і знакисимптоми знаки пов'язані з позначуваними предметами як дії зі своїми причинами. Знакикопії відтворення репродукції подібні на позначувані предмети.
23018. Мова як особлива знакова система 34 KB
  Мова як особлива знакова система. Знак матеріальний чуттєво сприйманий предмет який є представником іншого предмета і використовується для отримання зберігання і передачі інформації У світі існують різноманітні системи знаків які служать для передачі інформації. Серед них наприклад дорожні знаки морська сигналізація прапорцями та інші знаки. Основними ознаками знака є матеріальність його можна бачити чути тобто сприймати органами чуттів використання його для позначення чогось що перебуває поза ним інформативність.