Способ разложения сложного спектра на составляющие Советский патент 1979 года по МПК G01J3/28 

Изобретение относится к области измерения оптических спектров и может быть использовано в электронной технике и для лабораторных исследований. Известен способ разложения сложногх спектрального контура на составляющие, основанный на дифференцировании сложного спектра по длине волны с помощью Л-модулятора и последующем разложении на подполосы графическим методом l. Способ включает запись спектра люминесиениин (Л) при фиксированной интенсивности и длине волны возбуждающего света; запись модуляционного спектра при заданной глубине и частоте модуляции; графическое восстановление элементарных под полос в модуляционном спектра; восстановление подполос в сложном спектре люмине сценции. Способ позволяет эффективно раскладывать сложный спектр люминесценции на подполосы, полуширина которых существенно различается, однако обладает рядом нёцостатков, К ним относятся недостаточная чувствительность метода в случае наложение подполос равной полуширины, необходимость сведений о форме элементарной полосы: использование на завершаю-. щем этапе графического метода, приводящего к дополнительным ошибкам при выделении подполос. Наиболее близким техническим решением является способ разложения сложного спектра на составляющие, включаю-; щий запись спектра исследуемого сигнала, запись спектра модуляционного сигнала 2. Недостаток указанного способа заключается в невысокой точности выделения подполос, имеющих различную поляризацию, необходимость в априорной информации о форме подполос и степени перекрытия подполос. Целью изобретения является повышение точности выделения подпбпос, имею щих различную поляризацию, при отсутствии априорной информаиин об RX форме я степени перекрытия подполос, Это достигается тем, что записывают спектр фотопроводимости при модуляции по интенсивности на звуковых частотах, глубине модуляцииВ пределах нескольких градусов в угле между плоскостями поляризации модулятора и анализатора записывают спектр модуляционного сигнала при той же частоте модуляции ш поля ризацив,- глубине модуляции и азимутальйом угле ц)д, записывают последовательность спектров Ain ( п 1, 2, 3 ...) при дискретном изменении азимутального угла с шагом 1 выбирают наиболее структурный спектр; записа 1вают азимуталь ную зависимость при изменении угла от до tfp + 18О на длине волны, соответствующей фотопроводимости первой подполосъг; записывают азимутальную аави caMoctb при изменении угла от ф, до CpQ + длийб волнш, соответствую щей фотопроводимости второй подполЬсы; записывают спектр, в котором отсутствует первая подполоса, при азимутальном угле ; записывают спектр, в котором отсутствует вторая подполоса, при азйму- тальном угле В области проявления структурности сложного спектра последовательность спек тров Aif, (П 1, 2, 3 ... ) записывают при дискретном изменении азимутального угла с шагом 1-3 Я После операции выбора наиболее струк турного спектра сводят количество подполос к дэум с помощью внешних воздействий, если их число больше двух. На фиг. 1 приведена блок-схема установки для реализации предложенного способа; на фиг; 2а представлей сложный сйектр фотойроводимости исследуемых кристаллов; на фиг. 26 - спектр фотопроводимости, модулированный по поляризации, при раавых азимутальных углах. Основой для реализации данного способа служат следующие физические предпо.сылки. Известно, что примесные центры в полупроводниках могут быть образованы не только одиночными атомами, но и их парами, расположенными настолько близко друг к другу, что они поглотают свет как единая квантово-механическая система. Нередко в такие пары объединяются доноры) и акцепторы, которые при ле гировании дрейфуют друг к другу вследстви взаимного притяжения. В этом случае центры фотопроводимости (люминесценции) имеют выделенное направление, соответству ющее, линии, соединяющей ядра атомов, ко торые образуют пару. Таким образом различные анизотропные центры могут поразному ориентироваться в кристаллической решетке. Это обстоятельство и приводит к появлению разной поляризации у близко расположенных в спектре цолос фотопроводимости (поглощения). Записывают спектр фотопроводимости Мл) исследуемого полупроводникового соединения. Для этого монохроматический свет, выходящий из спектрального прибора 1, пропускают через деполяризующий световод 2, который устраняет частичную цоляризадаю светового пучка, поляризационный .модулятор (ПМ) 3, анализатор 4, исследуемый образец 5. Переменный сигнал фотопроводимости i ( Л ) регистрируется системой 6 синхронно-фазового детектирования (фиг. 1). ПМ и неподвижный анализатор разложены так, чтобы угол между плоскостью поляризации ПА1 и плоскостью поляризации анализатора составлял at/4. Частота модуляции по интенсивности выбирается иа области звуковых частот. Глубина модуляции ДЦ) выбирается в пределах нескольких градусов. Увеличение глубины модуляции приводит к нелинейному режиму работы модулятора и погрешности при записи производной большей 1%. С другой стороны, значительное уменьшение приводит к уменьшению сигнала. Далее, убирая неподвижный анализатор, производят запись спектра модуляционного сигнала д i (Л) при фиксированном положении азимутального угла - угла между плоскостью поляризации ПА и кристаллографической осью исследуемого образца. Он может изменяться в пределах 0-360°. Зацись спектра Д1 (Л) производится 1фи тех же частоте модуляции по Цоляризации и глубине модуляции. Снимают последовательность спектров ) при п 1, 2, 3 ..., изменяя дискретно азимутальный угол от ф до ЭО. с шагом Ю. В диапазоне углов, где проявляется структурность слозкного спектра, величину углового шага целесообразно уменьшить до 1+3°. В этом диапазоне углов нарушается подобие спектра Д1 f Л.) исходному спектру фотопроводимости lYA). Выбирают наиболее структурный спектр. Наиболее ясно capyKTyjiHocTb (неэлементарностъ) сложного спектра проявляется, когда спектр Д (Л) имеет облаете разного знака. Эти длины волн определяют участки спектра, в которлх доминирует одна из 56 полос. По копич-еству таких участков Moaf но сделать ылвод о количестве подполос, которые входят в состав исследуемого спектра. Если число подполос превышает две, то, применяя внешние воздействия сводят их количество к двум. В качестве таких воздействий могут быть выбраны электри ческие или магнитные поля, поляризован- ное освещение, ориентация кристалла: в пространстве, фотохимические реакции, внешняя подсветка из другой спектральной области. При э1Х)М в наиболее структурном спектре А1(Л) будут наблюдат ся только две области, в которых модуляционный сигнал имеет разные знаки. Производится запись азимутальной зависимости Д1, (фд) на длине волны Aj для которой фотопроводимость определяется в основном первом полосой, так как пе риод азимутальной зависимости не превышает 180, то достаточно изменять азимутальньтй ухчэл навеличину периода. Полученная азимутальная зависимость определяет угол if , при котором Д1, О, т.е, первая полоса не дает вклад в модуляционный сигнал. Записывают азимутальную зависимость Д1 () на длине волны Л W рой фотопроводимость определяется второй полосой. В результате этого получаем угол ip| , при котором Д12 О, т.е. вторая полоса не дает вклйд в спектр модуляционного сигнала. Производится запись спектра .), в котором отсутствует первая полоса.Для этого азимутальный угол выбирается равным . Записывают спектр AlglA) , в. котором отсутствует вторая полоса. Для этого азимутальный угол выбирается равным Описанный способ может быть исполь. зован также ддя исследования сложных спектров поглощения. Для этого модулированный по поляризации свет проходит через образец и попадает на деполяризованный фотоприемник. Далее способ измерения элементарных полос поглощения пол- ностью совпадает с вышеописанным. Пример. Исследовалась фотопроводимость полупроводникового соединения. Кристаллы после скалывания имели вид тонких пластинок, плоскость которых содержала, оптическую ось с . В качестве источника света использовалась лампа накаливания ПЖ-24. Свет проходил через 56 монохроматор и стекловолоконный световод типа ГОЖВ, деполяризующей монохроматический свет. Благодаря использованию световода величина сигнала паразитной Модуляции не превьтшала 0,5%.. Модуляция плоскости поляризации осуществлялась механическими колебаниями поля- роидной пленки с частотой f 35 Га. и глубиной модуляции л f г 3 Запий 1вается спектр фотопроводимости 1 , представленный на фиг. 2а, при возбуждении поляризованным светом. Для этого между модулятором и образцом помещался неподвижный анализатор. В режиме поляризационной модул5яции записывелся спектр модуляционного сигнала при азимутальном угле 45, который отсчитывается от оси с . После записи последовательности спектров Л i о ( 1, 2, 3 ...) при изменении азимутального угла от 45 до 135 с шагом 10 был выбран наиболее структурный спектр при угле срд 45Гв нем наблюдаются две области, в которых модуляционный сигнал имеет разные знаки (фиг. 26 Ь На основании этого заключаем, что исследуемый сложный спектр состоит из двух подполос. Таким образом, нет необходимости в опеР веденвя количества подаолос к дэум. Записывались азимутальные зависимости ) ) для длин волн, соответствующих отдельным подволосам A, O,5O8jU и A.O,534jL. Из этих зависимостей были определены углы, при которых одна из подполос не дает вклад в модуляционшлй сигнал. Эти углы равны ф «pj 95° Наконец, записывались спектральные зависимости модуляционного сигнала, соответствующего каждой элементарной полосе (фиг. 26). Предложенный способ обладает следующими технико-экономическими пренмзпиествами: повышена точность выделения пбдпо лос, входящих в состав сложного спект- . ра; имеет место экономия времени. Требуемого для разложения спектра на составляющие. Формула изобретения 1. Способ разложения сложного спектра на составляющие, включающий запись спектра исследуемого сигнала, запись спектра модуляционного сигнала, о т л игча ю щ и и с я тем, что, с целью по7Gвышения точности выделения подиолос, имеющих рваличнуК) поляризадйю, при отсутствии априорной информаци.и об их форме и степени перекрытия подполос, записывают фотопроводимости при модуляции по интенсивности на звуковых частота:, глубине модуляции в пределах 1-3 градусов и угле между плоскостями поляризации модулятора и анализатора 45°, записывают спектр модуляционного сигнала при той же частоте модуляции по поляризации, глубине модуляции и азимутальном угле tpp ; записывают последовательность спектров л-1 f, (П 1, 2, 3 ..,) при дискретном изменении азимутального угла с шагом выбирают наиболее структурный спектр; записывают азимутальную зависимость при изменении угла от (f до ifg (-180 на длине волны, соответс-геуюше фотопроводимости первой подполосы; за- пИсывают азимутальную зависимость при изменении угла от if до if + 18О°на длине волны, соответствующей фотопроводимости . второй подполосы; записывают спектр, в котором отсутствует первая под 5 ,В пилосв, при азимутальном угле if записывают спектр, в котором отсутствует вторая подполоса, при азимутальном угле f, аналогично регистрируются остальные элементарные составляющие сложного спектра. 2. Способ поп. 1,о тл и ч а ю ший - с я тем, что в области проявления структурности сложного спектра последовательность спектров Д1р (П 1, 2, 3 ...) записывают при дискретном изменении азимутального угла с шагом 1-3. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бобыль А. В., Будянский В. И., Федоров Л. И., Шейнкман М. К. Исследование структуры сложных полос люминесценции Л -методом. Труды Всесоюзной конференции Люминесцентные материалы и особо чистые вешества, Ставрополь, 1974, 2, МегЕ 5.С. et ot. Modutoted cjfcitonic atsorbtion on CujO in magnetic Of para eE eCectnc and magnetic fieEd/Supface Science J v. 57, p. 541,1973(прототип;

Фиг Л

i ,отне.

а

5 2,50 f.eV f,eV