Способ определения ориентировки плоских неоднородностей показателя преломления в прозрачных монокристаллах Советский патент 1985 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к оптическим измерениям и служит для определе ния пространственной ориентировки дефектов, связанных с неоднородностью показателя преломления, относительно элементов симметрии в монокристаллах оптического сьфья, а тэкже для определения кристаллографичес ких индексов пирамид нарастания и изучения внутренней морфологии прозрачных монокристаллов. Известен способ определения кристаллографических координатграней кристалла с помощью теодолитного отражательного гониометра ij . Способ заключается в оснащении кристалла удаленным источником света поворотах кристалла, закрепленного на двуосном угломере, вокругдвух взаимно перпендикулярных осей до получения отражения от грани, которое фиксируется в зрительную трубу, измерении углов поворота кристалла от исходного положения и нанесении изме ренных углов на гномостереографическую проекцию кристалла, по которой и определяются пространственные углы (кристаллографические координаты) измеренных граней. Недостатками способа являются невозможность проводить кристаллографические измерения на кристаллах, не имеющих природные зеркально гладкие грани, а также невозможность изучения внутренних неоднородностей и внутренней морфологии монокристаллов Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения ориентировки плоских неоднородностей показателя преломления в прозрачных монокристаллах, включающий просвечивание монокристал ла параллельным пучком поляризованно го излучения и визуальное определени ориент1фовки неоднороднЪстей по дифракщюниой картине 2| . Недостатком известного способа яв ляется невозможность выполнения крис таллографических измерений для определения ориентировки неоднородностей показателя преломпения во всех ях,.когда ориентировка их не совпада ет с главныьм направлениями в крис.талле - вдоль или поперек оптической оси. Цель изобретения - обеспечение определения ориентировки при произвольном расположении неодйородностей Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения ориентировки плоских неоднородностей показателя преломпения в прозрачных монокристаллах, включающему просвечивание монокристалла параллельным пучком поляризованного излучения и визуальное определение ориентировки неоднородностей по дифракционной картине, просвечивают монокристалл через одну пару граней, дефокусируют изображение кристалла до получения видимых неоднородностей, совмещают плоскость поляризации излучения с плоскостью, проходящей через оптическую ось кристалла, поворачивают кристалл до получения максимально контрастной картины неоднородностей, измеряют угол поворота кристалла, измеряют исходную установку кристалла, просвечивают его через другую пару граней и повторяют перечисленные операции и по направлениям лучей в кристалле и положению граней и ребер кристалла, нанесенным на гномостереографическую проекцию, определяют ориентировку несЗднородностей. На чертеже показана схема устройства для реализации способа. Устройство содержит источник света 1, конденсатор 2, диафрагму 3, светофильтр 4, дополнительную вьтуклую линзу 5, поляризационную призму 6, многоосньй угломер 7, на котором с помощью мастики (воска) 8 закрепля- ют исследуемый кристалл 9, объектив (линзу) 10 и экран 11.. Свет лампы 1 фокусируют конденсатором 2 на центр отверстия диафрагмы 3, которая таким образом вьтолняет роль точечного источника света. За диафрагмой устанавливают объемный светофильтр 4, который позволяет выбрать интересующую область спектра. Двояковыпуклая линза 5, установленная с возможностью продольного (относительно лучг) перемещения, служит для управления расхождением пучка света и позволяет интенсивно расходящийся луч, выходящий из диафрагмы (сферический угол .10-20 ), преобразовать в слабо расходящийся (1-5), параллельный или слабо сходящийся. За линзой 5 помещена поляризационная призма 6, установленная с возможностью вращения вокруг оси, совпадакицей с лучом. Плоско поляризованный свет, создаваемьш призмой, необходим для

устранения раздвоенности дифракцион-l ной картины при исследовании интенсивно двупреломляющих монокристаллов, таких как исландский шпат. Для этого вращением призмы плоскость поляризации луча совмещают с плоскостью, проходящей через одну из главных осей кристалла. Исследуемый кристалл 9, имеющий одну или несколько приблияительно параллельных отполированных граней, созданных искусственно, закрепляют- в помощью мастики точке пересечения осей многоосного угломера 7. В качестве угломера удобно использовать известный столик Федорова, 15 который имеет пять поворотных осей, снабженных отсчетными лимбами. Для увеличения максимального размера образцов, доступного для исследования. со столика Федорова удаляют централь-20 нун пайбу, обычно служащую для закрепления шлифов. Столик Федорова в устройстве устанавливают вертикально чтобы горизонтальный луч проходил сквозь круговое отверстие в основаПредлагаемый способ осуществляют следующим образом. Кристалл с произвольной, но известной ориентировкой граней относи|тельно элемента симметрии монокристгшла (например, образец исландског шпата в форме ромбоэдра,выколотого по плоскостям спайности flOIll), устанавливают в первое исходное положе ние (ИП), однозначно фиксированное по отношению к просвечивающему лучу При этом одна пара отполиробанньк граней кристалла перпендикулярна лучу, четыре ребра вертикальны, а выход тройной кристаллографической |оси (тупая вершина спайного ромбоэдра) направлен вправо - вверх - навстречу лучу. Перед установкой кристалла в ИП отсчеты на лимбах двух рабочих осей (вертикальной и горизонтальной, перпецдикудярных лучу) устанавливают на О . Перпендикулярности входной грани кристалла просвечивающему лучу добиваются путем соотаетствующегр-смятия мастики 8, а вертикальности ребер поворотом внутреннего круга столика Федорова вокруг горизонтальной оси, совпадающей с лучом. Грани и ребра кристалла пронумеро вывают и их положение, соответствующее первой установке, наносят на гно

мостёреографическую проекцию. На проекцию наносят также положение оптической оси кристалла.

Экран 11 устанавливают на пути луча за кристаллом на расстоянии 0,5-3М в зависимости от желаемой степени увеличения дифракционной картины в пределах 2-20 раз. Перемещением объектива 10 вдоль луча сначала добиваются фокусировки изображения кристалла на экране (определяется по четкому изображению пылинок или царапин, имеющихся на гранях), а затем сбивают фокусировку небольшим перемещением объектива в ту или другую сторону. Необходимость сбивания фокусировки . определяется тем, что неоднородности показателя преломления кристалла обусловливают появление на экране дифракционной картины именно в условиях дефокусации, причем максимальная контрастность дифракционной картины получается при вполне определенной степени дефокусации, зависящей в свою очередь от контрастности оптических неоднородностей в кристалле. Чем меньше контрастность оптических не- однородностей, тем требуется большая дефокусация для их.наблюдения. ъ. Перемещая объектив 10, например, удаляя его от кристалла, отыскивают положение, при котором неоднородности показателя преломления (свили) становятся видимыми на экране 11 наиболее детально и контрастно, и оставляют его в этом положении. Поворотом поля-ц ризащ онной призмы 6 плоскск:ть поляризации луча совмещают с плоскостью, проходящей через оптическую ось кристалла, чем устраняют раздвоенность изображения неоднородностей за счет полного погашения необь&сновенного луча. Далее отыскивают положение кристалла, при котором луч света внутри его будет параллелен плоским неоднородностям показателя преломления (свилям). . . Для этого внутренние круги столика Федорова 7 вместе с кристаллом 9 плавно переворачивают вокруг горизонтальной или вертикальной , наблю дая задеятельностью, и контрастностью дифракционной картины на экране 11. В произвольном положении кристалла, когда плоскости свштей не совпадают с направлением луча в кристалле, на экране или вообще не видно каких-либо неоднородностей, или слабо видны не5tUa поворот кристалл четкие светотени, на 2-3 п11актически не изменяет характера дифракционной картины. В положении, когда плоскости свилей совпадают с направлением луча, на экране появляется очень детальная и относительно контрастная дифракционная картина, на которой можно различать слои, толщиной в десятые и сотые дол миллиметра. Поворот кристалла даже на угол 0,2-0,5° вызывает существенное изменение дифракционной картины, уменьшает ее детальность и- контрастность. По этим признакам и устанавливают момент параллельности луча и свилей. В ртом положении снимают отсчет с лимба, характеризующий пово рот кристалла от ИП вокруг соответствующей оси. С учетом коэффициента преломления обыкновенного луча измерённьй угол поворота кристалла пересчитьшают на угол поворота луча в кристалле, таким образом определяют одно направление, лежащее в плоскости свилей. Это направление наносят на гномостереографическую проекцию кристалла. Для получения второго направления, лежащего в плоскости оптических неоднородностей (свилей), повторяют все перечисленные операции, предварительно изменив исходную установку кристалла таким образом, чтобы 2 просвечивающий луч проходил Сквозь другую пару отполированных граней. Аналогичными измерениями, выполненными при второй установке кристалла, определяют второе направление луча в кристалле, не совпадающее с первым, но также лежащее в плоскости свилей. Второе направление луча наносят на гномостереографическую проекцию кристалла, на которой по двум направлениям строят плоскость и определяют ее кристаллографические координаты. Использование изобретения позволяет получать количественную информацию о кристаллографической ориентировке неоднородностей показателя преломления в прозрачных монокристаллах с точностью, достаточной для надежного определения кристаллографических индексов пирамид роста. Задача эта не может быть решена с использованием каких-либо известных технических средств, в том числе и устройствапрототипа. Изобретение расширяет возможности науки минералогии и кристаллографии в исследовании монокристаллов, дает исследователям новый способ и инструмент изучения внутренней морфологии монокристаллов без их разрушения, дает возможность выполнять кристаллографические исследования на образцах, не имеющих природной огранки.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТИРОВКИ ПЛОСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ В ПРОЗРАЧНЫХ МОНОКРИСТАЛЛАХ, включающий просвечивание ;монокристалла параллельным пучком поляризованного излучения и визуальное определение ьриентировки неоднородностей по дифракционной картине, отличающийся тем, что, с целью определения ориентировки при произвольном расположении неоднородностей, просвечивают монокристалл через одну пару граней, дефокусируют изображение кристалла до получения видимых неоднородностей, совмещают плоскость поляризации излучения с плоскостью, проходящей через оптическую ось кристалла, поворачивают кристалл до получения максимально контрастной картины неоднородностей, измеряют угол поворота кристалла, изменяют исходную установку кристалла, просвечивают его (Л через другую пару граней и повторяют перечисленные операции и по направлениям лучей в кристалле и положению граней и ребер кристалла, нанесенным на гномостереографическую проекцию, определяют ориентировку неоднородностей.