Способ измерения угла фарадеевского вращения Советский патент 1984 года по МПК G01N21/21 

ю

СП

ел

со Изобретение относится к контролю или анализу веществ материалов или изделий с помощью оптических методов и может найти применение при исследо ваниях магнитооптических эффектов первого и второго порядков, зависящи от величины и ориентации намагниченности оптически неактивных сред (диа-, пара- и ферромагнетиков) отно сительно направления распространения в них линейно поляризованного излучения. Изобретение предназначено для Исследования электрофизических параметров (концентраций носителей заряпов, эффективных их масс и т.п.) полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев на их основе. Кроме того, оно может быть исполь зовано в молекулярной и электронной спектроскопии, физической химии и медицинской биофизике, а также в устройствах управления интенсивностью, фазой, поляризацией или цветом. Известен способ измерения угла фарадеевского вращения .1 3, основанный на зависимости вида э ЛдСоз е , (1) где Лр , 3 - ийтейсивности линейно поляризованного света д и после анализатора; б - угол между плоскостями поляризации падающего света и света, пропуска емого анализатором. В процессе измерения угол 9 определяют по изменению интенсивности J либо по сдвигу зависимости при наложении на материал магнитного поля. Недостатком указанного способа является зависимость результата измерения угла фарадеевского вращения от погрешности преобразования измерительного тракта. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения угла фарадеевского вращения 2 3, согласно которому определяют экстремумы интенсивности линейно поляризованного зондирующего излучения на выходе из исследуемой сре ды при каждом из двух различных напряв лений Приложенного к среде магнитного поля ( и А, угол б определяют из соотношения ). 12) S 26 (J otKc MMH / м«кс мин Недостатком известного способа является.зависимость результата измерения угла фарадеевского вращения от погрешностей преобразования измерительного тракта, что снижает точность измерения. Цель изобретения - повьшение точности измерения. Указанная цель достигается тем, что согласно способу, основанному на определении экстремумов интенсивности линейно поляризованного зондирующего излучения на выходе его из исследуемой среды на каждом из двух различных направлений приложенного к среде магнитного поля, изменяют интенсивность зондирующего излучения и дополнительно Определяют его экстремумы, а угол 0 находят из соотношения„ i 1 лдин2 мин 1/ макс 2 MOKCI) , ; e-TC(rcsinrTv-г --j г;; ; Г«ИН2 МИН1/ м«кс2 МОКС1/ На чертеже изображена структурная схема устройства измерения угла фарадеевского вращения в оптическом ИК диапазоне длин волн. Технические параметры устройства: угол вращения плоскости поляризации 1,0°; пороговая чувствительность к измерению вращения плоскости поляризации 0,01-0,03°; возможность измерения на образцах с пропусканием Т 0,2 - 10 ; локальность измеAfiHH U лл рении 20 мкм; толщина измеряемых образцов (из арсенида галлия, кремния или германия) от сотен до единиц микрон, а также возможность измерения участков диффузии и эпитаксии с указанной локальностью. Излучение лазера 1 модулируется электрооптическим модулятором 2 с частотой модуляции 1 кГц и подается на вход ослабителя 3, выход которого соединен с измерительным трактом, состоящим из последовательно соединенных поляризатора 4; входной германиевой линзы 5, установленной на входе магнита 6, обеспечивающего напряженность поля 10-14 кГс, в котором установлен исследуемый образец 7, выходной германиевой линзы 8, анализатора 9, ориентированного под углом 45 относительно плоскости поляризации излучения, падающего на него, амплитудного ,делителя 10 мощности с калориметрической нагрузкой 11 на одном из его выходов и приемником 12 оптического излучения с фазовым детектором на другом, усилителя 13, аналого-цифрового преобразователя 14, микроЭВМ 15. Управление структурной схемой осуществляется по программе, введен ной в запоминающее устройство микроэвм 15, и с помощью команд, подаваемых от микроЭВМ 15 к лазеру модулятору 2, ослабителю 3, механиз му 16 поворота магнита 6, механизму 17 вертикального перемещения образца 7. Индикация результата измерения эффекта Фарадея осуществляется по команде микроЭВМ 15 на цифровом индикаторе 18. Устройство для осуществления способа работает следующим образом В исходном состоянии исследуемый образец 7 выведен с помощью устройства 17 из оптического канала. Первоначально по.команде микроЭВМ 15 включают лазер 1 и модулятор 2, установив необходимую частоту модуляции. Устанавливают такое ослабление ослабителя 3, чтобы в скрещенны поляризаторе 4 и анализаторе 9 выходной сигнал фазового детектора приемника 12 излучения находился в диапазоне линейного участка характеристики фазового детектора. После этого микроЭВМ фиксирует в оперативно-запоминающем устройств выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14, соответствующий начальной интенсивности Л линейно поляризованного зондирующего излучения лазера 1 при общем коэффициен те 5 преобразования измерительного преобразователя относительной мультипликативной j и абсолютной аддитивной систематических погрешностях преобразования. Затем устанавливают на штативе исследуемый образец 7, ориентируют его под углом Брюстера по отношению к направлению распространения зондирующего излучения лазера 1 в опти ческом тракте между германиевыми линзами 5 и 8. По команде микроЭВМ 15 вводят с помощью механизма 17 в оптический канал между германиевыми линзами 5 и В исследуемый образец Далее по команде микроЭВМ.15с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магнитного поля не станет парал34лелен направлению распространения зондирующего излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя 14 не появится выходной сигнал, который микроэвм 15 фиксирует в своем оперативно-запомина щем устройстве. После этого по команде микроЭВМ 15 с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магнитного поля не окажется под углом к направлению распространения зондирующего излучени я в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя 14 не появится выходной сигнал, который микроЭВМ 15 фиксирует в своем оперативно-запоминающем устройстве. Затем по команде микроЭВМ 15 изменяют (например, уменьшают) ослабление ослабителя 3 таким образом, что начальная интенсивность 17 зондирующего излучения лазера 1 увеличивается на различимое значение лЗо, а выходной сигнал фазового детектора приемника 12 излучения находится в пределе линейного участка выходной характеристики фазового детектора. После этого микроЭВМ фиксирует в оперативно-запоминающем устройстве выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14, соответствующий интенсивности Л линейно поляризованного излучения лазера 1 . Затем по команде микроЭВМ 15 вводят с помощью механизма 17 исследуемый образец 7 в оптический канал между германиевыми линиями 5 и 8. Далее микроЭБМ 15 фиксирует в оперативно-запоминающем устройстве выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14. После этого по команде микроЭВМ 15 с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магнитного поля не станет параллелен распространению зондирующего излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя не появится выходной сигнал, который микроэвм 15 фиксирует в своем оперативно-запоминающем устройстве. Затем микроэвм 15, используя зафиксированны1е в ее оперативно-запоминающем устройстве значения выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 14, вычисляет алгоритм, который предварительно вводят в оперативно-запоминающее устройство микро

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ФАРАДЕЕВСКОГО ВР,АЩЕНИЯ.е, основанный на определении экстремумов интенсивности линейно поляризованного зондирующего излучения на выходе его из исследуемой среды при каждом из двух различных направлений приложенного к . среде магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, изменя:от интенсивность зондирующего излучения и дополнительно определяют его экстремумы, а угол б находят из соотношения . i №VlH2 миН1/ л акс2 А(с1кс1 0 C rC5in (MH2 MHlV M«Kc2 Moi tci) где а макс1 МИН1 максг выходные сигналы минг измерительного преобразователя g экстремумов начальной (О и измен енной