Способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов Советский патент 1992 года по МПК G01N21/45 G03H1/00 

Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть ис- пользовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифракто- метрии.

Известен способ ориентации кристаллов, основанный на дифракции рентгеновского излучения в кристаллах. Известный способ позволяет определять кристаллографические направления поданным рентгено- дифракции и ориентировать кристаллы с высокой точностью - порядка Ю-30 f

Однако, известный способ ориентации кристаллов требует наличия сложной аппаратуры, специально обработанных образцов и, как правило, длительного времени проведения измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов, основанный на зависимости интерференционной картины, возникающей при интерференции прошедшего через кристалл поляризованного излучения, от направления распространения световой вол- ныютносительно оптической оси кристалла. По изменениям, наблюдаемым в интерференционной (коноскопической) картине, осуществляют ориентацию оптической оси кристалла за достаточно короткое зремя с точностью порядка 1°

Недостатком известного способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов является низкая точность определения ориентации оптической оси кристалла.

Цель изобретения - повышение точности определения ориентации опшческой оси кристалла.

Поставленная цель достигается тем, что в первом варианте способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов, основанном на зависимости интерференционной картины, возникающей при интерференции прошедшего через кристалл поляризованного излучения, от направлении распространения световой волны относительно оптической оси кристалпа,

(Л

С

VI VI

О 00

Јь

ю

направляют на кристалл монохроматический плоскополяризованный параллельный пучок когерентного излучения, возбуждающий в нем две ортогонально поляризованные волны, которые интерферируют между собой вдоль направления распространения, регистрируют на фиксированной длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, число периодов пространственных периодических осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света и угол падения излучения на кристалл, поворачивают кристалл вокруг любой оси, перпендикулярной лучу света, в том направлении, при ко- тором период осцилляции возрастает, до угла, при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляции и опять отмечают полученное значение угла, устанавлива- ют кристалл в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов, повторяют операцию вращения аналогичным образом вокруг оси, ортогональной как предыдущей оси вращения, так и направлению луча света, кристалл опять- устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции вращения.

Второй вариант способа отличается от первого тем, что кристалл поворачивают в двух взаимно ортогональных плоскостях до достижения периода осцилляции, превышающего длину кристалла, вдоль которой рас- пространяется излучение.

Отличительной особенностью предлагаемого способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов является регистрация на длине кристалла, где интер- ферирующие между собой вдоль направления распространения обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, пространственных периодических осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света и ориентации оптической оси кристалла по изменению периода осцилляции интенсивности света.

Предлагаемый способ как совокупность признаков в отличие от известных технических решений проявляет новое, не присущее известным объектам, содержащим признаки, выступающие как отличия от прототипа, свойство: зависимость числа про- странственных периодических осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света на длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, от угла между

оптической осью кристалла и падающим на кристалл монохроматическим когерентным излучением, обеспечивающее достижение положительного эффекта - повышение точности определения ориентации оптической оси кристалла. Следовательно, заявляемый способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов представляет собой новую совокупность признаков как сочетание известных признаков и нового технического свойства, что позволяет признать его соответствующим критерию существенные отличия,

На чертеже представлена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Схема устройства содержит источник 1 монохроматического плоскополяризованного когерентного излучения, двухосевой гониометр 2, исследуемый кристалл 3. систему 4 сбора оптической информации и оптический регистратор 5.

Процесс ориентации, кристалла осуществляют следующим образом.

Излучение от источника 1 монохроматического плоскополяризованного когерентного излучения направляют на подлежащий ориентированию кристалл 3, установленный на двухосевом гониометре 2, Вращают кристалл вокруг любой оси, перпендикулярной лучу света, до появления пространственных периодических осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле 3 света, которые фиксируют с помощью системы 4 сбора оптической информации и оптического регистратора 5.

Периодические пространственные осцилляции интенсивности рассеянного света в кристалле 3 появляются вследствие интерференции ортогонально поляризованных воли в двулучепреломляющих средах. Так, если монохроматическое излучение с длиной волны А распространяется под углом Ф к оптической оси двулучепреломляющего кристалла, то в этом случае в кристалле возбуждаются две ортогонально поляризованные волны, которые, пройдя в кристалле путь длиной I, приобретают разность фаз

((1)

где по и пе( Ф) - показатели преломления для обыкновенной и необыкновенной волны соответственно. С учетом зависимости показателя преломления для необыкновенной волны от угла Ф и того, что (по/пй)2 1 и з1п(Ф) « Ф при Ф 1 .из (1) следует

2jL An-L.v2™

П2АУ (2)

Да где Дп {по - пе|, у пФ. п (по + пе)/2.

При Да -лплоскость поляризации ре- зультатирующей волны повернется на удво- енный угол между вектором поляризации падающей волны и главной плоскостью кристалла и, следовательно, в направлении, перпендикулярном распространению излучения, будет наблюдаться максимум (минимум) интенсивности периодических осцилляции, а период d данной структуры составит

2А

(3)

2 An -у2

После обнаружения пространственных периодических осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле 3 света фиксируют значение угла между направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла с помощью гониометра 2 и число периодов осцилляции, укладывающихся на любой фиксированной длине кристалла 3. с помощью оптического регистратора 5. Затем кристалл 3 поворачивают вокруг любой оси, перпендикулярной лучу света, в том направлении, при котором период осцилляции возрастает и, следовательно, число N осцилляции уменьшается. Так как число осцилляции равно

У2,

N 1-2Дп d

п

2А

(4)

то направление вращения е данном случае будет соответствовать уменьшению угла между направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла. При этом вращении кристалла 3 период осцилляции проходит через максимум, при этом возможно полное исчезновение осцилляции (т.е. период осцилляции превышает длину кристалла), а затем начинает убывать. Кристалл продолжают вращать до угла, при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляции и опять отмечают полученное значение угла с помощью гониометра 2. Затем гониометр2 устанавливают в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов. Далее операция вращения повторяется аналогичным образом вокруг оси, ор- тогональной как предыдущей оси вращения, так и направлению луча света. Гониометр 2 опять устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции вращения. В результате установленное положение кристалла будет соответствовать направлению, при котором оптическая ось кристалла совпадает с направлением распространения оптического излучения

В том случае, если требуется быстрое определение положения оптической оси в образце кристалла с точностью порядка 2°, то кристалл вращают о двух вздимно орго5 тональных плоскостях до достижения максимального периода осцилляции.

Использование предложенного способа в сравнении с прототипом позволяет более чем на порядок повысить точность

10 ориентации оптической оси кристалла. Действительно, если Ду- изменение угла между направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла, при котором число осцилляции N изме15 няется на единицу, то из соотношения (4) получаем, что

2 Дп I ,.. , А,.ч2

N + 1

(уЧ-Ау)

(5)

Отсюда путем простых преобразований 20 получаем зависимость Дуот у:

ДУ 40Н-

П р и м е р 1. Для характерных значений

пц входящих в соотношение (6) величин, например Я 0,5 мкм; п 1,5;An 0,1; I 10 мм, при г 10° 0,17 рад получаем, что Ау«2-10 3рад 3.

Крометого, предложенный способобес30 печивает простоту оптической схемы устройства, а для углов у 10°, когда период d осцилляции становится больше 0,1 мм, позволяет визуально наблюдать пространственные периодические осцилляции

35 интенсивности рассеянного в кристалле света.

Оценим максимальную длину кристалла, распространяясь вдоль которой, обыкно- венный и необыкновенный лучи

40 пространственно не разделяются. Пусть а) - диаметр луча монохроматического излучения, L - искомая длина, а /3 - угол анизотропии, т.е. угол между обыкновенным и необыкновенным лучом в кристалле. Тогда

45L eoctg®.(7)

П р и м е р 2, Для большинства используемых в оптике кристаллов угол / не превышает 6°, поэтому при ш 1 мм L не должна превышать 9,5 мм.

50 Таким образом, предлагаемый способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов существенно повышает точность ориентации оптической оси кристалла при обеспечении простоты оптических ме55 тодов.

Формула изобретения 1. Способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов путем направления на кристалл поляризованного излучения, формирования интерференционной картины, по изменению которой от направления распространения световой волны относительно оптической оси кристалла ориентируют оптическую ось кристалла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения ориентации оптической оси кристалла, направляют на кристалл монохроматический плоскополяризованный параллельный пучок когерентного излучения, возбуждающий в нем две ортогонально поляризованные волны, которые интерферируют между собой вдоль направления распространения, регистрируют на фиксированной длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, число периодов пространственных периодических осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света и угол падения излучения на кристалл, поворачивают кристалл вокруг любой оси, перпендикулярной лучу евета, в том направлении, при котором период осИ -/f- -/1

цилляции возрастает, до угла, при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляции, и опять отмечают полученное

значение угла, устанавливают кристалл в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов, повторяют операцию вращения аналогичным образом вокруг оси, ортогональной как

предыдущей оси вращения, так и направлению луча света, кристалл опять устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции вращения.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что кристалл поворачивают в двух взаимно ортогональных плоскостях до дости- жения периода осцилляции, превышающего длину кристалла, вдоль которой распространяется излучение.

2 3

Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть использовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифракто- метрии. Сущность; регистрируют нэ длине кристалла пространственные периодические осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света, где интерферирующие между собой вдоль направления распространения обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы. Ориентируют оптическую ось кристалла по изменению периода осцилляции интенсивности света. 1 ил.