Способ определения азимута линейно поляризованного излучения Советский патент 1991 года по МПК G01N21/59 

ющий поочередно катушки 2 и 3 и систему 5 управления.

Способ осуществляют следующим образом,

В отсутствие магнитного поля регистрируют сигнал 1 на выходе чувствительного элемента. Затем подают импульс тока на первую управляющую катушку, регистриру1щ I ют сигнал 1щ и вычисляют -j- . По

ного поля и л - (р соответствует пара возможных азимутов относительно второго поля, значения которых при положительном угле а следующие:

W

+ а

я-(р2 п-(р + а)

Изобретение относится к области опто- электроники и ИК-техники и предназначено дня анализа азимута поляризации линейно поляризованного излучения Цель изобретения состоит в повышении производительности и расширении спектрального диапазона способа определения азимута поляризации. Чувствительный элемент, выполненный из проводящего ферромагнетиИзобретение относится к оптоэлектро- нике и ИК-технике, в частности к анализу азимута поляризации инфракрасного излучения, в том числе с быстроменяющимся азимутом поляризации, в различных оптоэ- лектронных приборах Целью изобретения является повышение производительности и расширение спектрального диапазона способа На чертеже представлено устройство, реализующее способ ка кубической симметрии, например магнитной полупроводниковой шпинели р-ти- па, обладает в видимом и ИК-диапазоне значительной анизотропией поглощения линейно поляризованного излучения в магнитном поле в ферромагнитной области Од- нозначное определение азимута осуществляется поочередным приложением двух магнитных полей равной амплитуды, направления которых лежат в плоскости чувствительного элемента под углом а. доуг к другу не равным л/2 По заранее выявленной зависимости изменения интенсивности прошедшего излучения от азимута поляризации относительно магнитного поля определяют две пары величин азимутов поляризации относительно каждого из приложенных магнитных полей у, я - 4 и pi ,я - р2 (р л/2) Искомый азимут определяется из условий если , искомый азимут равен , если р2 - pi - Й1 , то искомый азимут равен П - р 1 ил (Л Устройство содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде плоскопараллельной пластины из проводящего ферромагнетика кубической симметрии например полупроводниковой магнитной шпинели р-типа, находящейся при температуре ниже температуры Кюри, электромагнитные катушки 2 и 3, для создания магнитных полей, оси которых направлены вдоль пластины и под умом одна к другой, неравным л/2 , переключатель 4, свяэывао 00 Ю 00 о 00

заранее выявленной зависимости

1н-1

I

А (В - cos 2 р) ,

0)

т.е. по заранее определенным для данного чувствительного элемента коэффициентам А и В определяют азимуты р относительно первого магнитного поля, которые соответствуют вычисленному значению

IH1 -I

i

При этом за р принимают азимут, меньший л/2 и отсчитанный против часовой стрелки от направления первого поля, если смотреть по направлению распространения излучения. Затем при отсутствии импульса тока в первой катушке подают импульс тока на вторую катушку и регистри1н2-1руют сигнал 1н2 . вычисляют

I

. По

той же зависимости

А (В - cos 2 р)

пределяют два азимута pz и я относительно второго магнитного поля. Затем производится сравнение азимутов (рг и - (pi с суммой и разностью двух углов и а . Знак угла а положителен, если второе магнитное поле повернуто относительно первого по часовой стрелке, если смотреть по направлению распространения излучения. Угол ее не может быть равен я/2 , так как в этом случае азимут поляризации относительно второго поля равен азимуту поляризации относительно первого поля и искомый азимут однозначно не определяется. Окончательно искомый азимут определяется из условия: если (pi - р + а, то искомый азимут равен р , если / - -о. , то искомый азимут равен

Я-р1 .

Условия определения азимута поляризации выводятся из следующего рассмотрения: каждому из двух возможных азимутов поляризации относительно первого магнитя - р

((р - а)

-(л + (р + а)(р -а

Существенно различие углов р + -а (кроме случая р тс/2 , для которого определение азимута однозначно уже при первом поле), косинусов

этих углов, а следовательно, и относительных интенсивностей, соответствующих этим углам. Это позволяет однозначно определить искомый азимут.

Рассмотрим на конкретном примере определение азимута поляризации по заранее выявленной зависимости вида

Д

- 0,5 ( - 0,4 - cos 2 (р).

Для а - 45° относительное изменение интенсивности а первом поле равно 0.18, что соответствует двум возможным азимутам поляризации р 70° и я - р 110°. 5 Азимуту pi соответствуют азимуты -f a 115° и лг- /% 65° и относительная интенсивность 0,12. Азимуту ж - р соответствуют азимуты

$ р -а 25° и тг-у 155° и относительная интенсивность 0,59.

Таким образом, если при приложении второго магнитного поля относительная интенсивность равна 0,12, то искомым азимутом является 70°, если относительная интенсивность равна 0,59, то искомым азимутом является ж- 110°.

Для а. -45° пусть также относительное изменение интенсивности в первом магнитном поле равно 0.18 и соответственно азимуты равны 70°и л - р- 110°. Однако теперь азимуту р соответствуют

азимуты pi /ъ +( - а) ф -а 25° и

л -(pi 155° и относительная интенсив5 ность 0,59. А азимуту п - р соответствуют

азимуты $ -(р- - ( -а) р +а 115°

и п - $- 65° и относительная интенсивность 0,12. Таким образом, в случае, когда второе магнитное поле направлено против

0

5

0

часовой стрелки по отношению к первому магнитному полю, если смотреть по направлению распространения излучения, при относительной интенсивности 0.59, искомым азимутом является 70°, а при относительной интенсивности 0,12 искомым азимутом является 110°.

Способ основан на следующих физических закономерностях.

При приложении к пластине из магнитной полупроводниковой шпинели р-типа, например р-НдСгзЗез, магнитного поля вдоль плоскости пластины перпендикулярно падающему линейно поляризованному излучению интенсивность на выходе из пластины сильно зависит отугла между направлением поляризации падающего излучения и направлением магнитного поля. Это явление-магнитный линейный дихроизм. Обычно магнитный линейный дихроизм исследуется в магнитных диэлектриках в видимом диапазоне спектра (в области межзонных переходов), где он имеет спектральную зависимость в виде полос. В ИК-диапазоне на носителях заряда в обычных полупроводниках этот эффект мал и практической ценности не представляет. Магнитный линейный дихроизм на носителях заряда в магнитном полупроводнике - магнитной шпинели p-HgCr2Se4 достигает значительной величины (изменение коэффициента поглощения в магнитном поле при поляризации света вдоль и перпендикулярно направлению магнитного поля составляет 21%). В любом кубическом ферромагнетике, содержащем свободные носители заряда (полупроводнике или металле), в области магнитного упорядочения возникает магнитный линейный дихроизм и относительное изменение интенсивности излучения Д I/I от угла между направлением поляризации и направлением магнитного поля имеет вид (1).

Величина и знак коэффициентов определяются зонной структурой конкретного материала. Например, в магнитной полупроводниковой шпинели p-HgCraSe4 параметры сложной структуры валентной зоны в ферромагнитной области таковы, что приводят к значительному магнитному линейному дихроизму. Коэффициенты А и В определяются из решения системы двух уравнений при направлении магнитного поля вдоль направления поляризации падающего излучения и перпендикулярно направлению поляризации. Например, для чувствительного элемента из p-HgCrcSe с концентрацией дырок р 2-1017см при температуре 80 К и длине волны А 5,5 мкм Д I/I соста Е, где

вило 0,70 при Н I | Е и -0,30 при Н

f-f, векторы магнитного и электрического

полей, откуда А -0,5 и В - 0,4 т.е имеем

Д|

- 0,5 ( - 0,4 - cos2 p) .

В общем случае параметры А и В зависят от электропроводности кристаллов или

коэффициента поглощения кристаллов на носителях заряда, которые являются функциями длины волны и температуры. Таким образом, точность определения чзимута поляризации определяется точностью нахождения коэффициентов А и В при данной температуре и длине волны.

Эффект магнитного линейного дихроизма, связанного с носителями заряда, может проявляться как в области взаимодействия

света с носителями заряда (средний ИК-ди-. апазон), так и в области межзонных переходов (видимый и ближний ИК-диапазоны), что определяет и рабочий спектральный диапазон.

Температурный рабочий диапазон способа ограничен сверху температурой Кюри используемого материала. Принципиальных ограничений на температуру снизу не установлено. В классе магнитных полупроводников, например, имеются материалы с температурами Кюри от комнатных и выше до температур ниже температуры жидкого азота.

Относительное изменение интенсивноД

сти -г- зависит от величины приложенного

магнитного поля. Полевая зависимость амплитуды функции -т- А (В - cos 2 ф) имеет

вид, характерный для ферромагнетиков - нарастание с увеличением поля и последующее насыщение. С точки зрения наименьших энергетических затрат при максимальной амплитуде функции

ДI

(р) оптимальной величиной приложенного магнитного поля является величина, при которой амплитуда выходит на насыщение. Например, для магнитной шпинели р- НдСгаЗез толщиной 80 мкм оптимальной величиной магнитного поля является 0,7 кЭ. В связи с зависимостью амплитуды функДции -j- от величины магнитного поля для

точного определения азимута поляризации существенно равенство амплитуд двух поочередно воздействующих магнитных полей. С целью максимальной однородности воздействующих магнитных полей пластина из

ферромагнетика должна быть помещена в центр системы из двух управляющих катушек.

Время определения азимута поляризации определяется быстродействием измерительных приборов и скоростью обработки информации управляющей ЭВМ, Время Срабатывания самого чувствительного элемента из ферромагнетика мало (не более 2 мкс) и определяется динамикой ферромагнитных доменов. Осуществление способа при применении ЭВМ ДЗ-28 позволило производить один цикл определения азимута за время не более 0,15 с, что по крайней мере е 100 раз быстрее, чем при осуществлении известного способа.

Формула изобретения

Способ определения азимута линейно поляризованного излучения, включающий направление линейно поляризованного излучения на анализатор в виде пластины, поборот оси анизотропии анализатора и регистрацию интенсивности излучения на выходе анализатора, отличающийся

0

тем, что, с целью повышения производительности способа, направляют линейно поляризованное излучение на анализатор в виде пластины из проводящего ферромагнетика кубической симметрии, а поворот оси анизотропии анализатора осуществляется путем поочередного воздействия на него двух импульсов магнитных полей равной амплитуды, направленных в плоскости пластины под углом друг к другу а тт , по

результатам регистрации интенсивности излучения на выходе анализатора и заранее выявленной зависимости относительного изменения интенсивности прошедшего излучения от угла р между направлением приложенного магнитного поля и направлением поляризации определяют две пары величин

р , л - р и f% , л - р2 , азимутов поляризации относительно каждого из приложенных магнитных полей, а искомый азимут поляризации принимают равным при pi - р + а, где р п/2 , лл - р , при

pi Ј -а .