Способ и образец для определения показателя преломления фотопроводящих материалов Советский патент 1979 года по МПК G01N21/46 

С - константа;

A(j - длина волны света, соответствующая . красной границе фотоэффекта; Др - протяженность электрода в

направлении, перпендикулярном ребру преломляющего угла образца.

Способ поясняется устройством, редставленным на фиг. 1.

Пример осуществления способа поясняется зависимостью величины фототока Гл, проходящего через клин, от уга поворота L клина, представленной на фиг. 2.

Устройство содержит образец в вие клина 1, на котором нанесены электроды 2, и систему фоторегистрации 3.

образец освещают параллельным световым потоком 4.

Образец изготавливают из фотопроводящего материала в виде- клина с преломляющим углом меньшим угла ПВО.

Угол о выбирается на основе использования закономерности: чем больше показатель преломления вещества п, тем меньше предельный угол полного впутсреннего отражения t,. Поэтому достаточно определить при п, заведомо превышающем показатель преломления исследуемого вещества, и изготовить клин с углом (Х- , не превышающим это значение. Например, для полупроводников и диэлектриков показатель преломления заведомо меньше 7, что соответствует ср 8 , и, таким образом, угол oL, равный нескольким градусам, будет заведомо меньше угла полного внутреннего отражения.

На грань, лежащую протий преломляющего угла, и по линии ребра преломляющего угЛа наносят электроды. Клин включается в схему регистрации тока.

Энергия фотонов светового пучка выбирается, исходя из двух требований: 1) чтобы свет был фотоактивным для исследуемого вещества; 2) чтобы коэффициент поглощения света материалом клина обеспечивал многократное отражение света внутриклина, что реализуется в зависимости от диапазона используемого излучения, когда

Л„ где К - коэффициент поглощения;

с. - преломляющий угол клина;

Дд - протяженность электрода, нанесенного вдоль преломляющего угла, в направлении, перпендикулярном ребру; :

A(j длина волны, соответствующая красной границе фотоэффек а, в мкм;

С - константа, характеризующая . группу сходных веществ (например, для полупроводниковых материалов С 77).

Если же спектр поглощения исследуемого вещества неизвестен и известно только, что вещество фоточувствительно, то энергия фотонов, при которой можно производить измерения, определяется чисто экспериментально, а именно клин освещают и изменяют энергию фотонов, начиная с малых, при которых фототока еще нет, в сторону увеличения энергии фотонов: доходят до той энергии фотонов, при которой появляется фототок, и, начиная с этой энергии фотонов, производят измерения.

Величина фототока, проходящего через клин, определяется долей света, которая поглощается в клине.

Клин вращают вокруг оси, перпендикулярной пучку света и проходящей через ребро преломляющего угла клина; при этом угол падения светового пучка на клин меняется, и при некотором угле падения свет доходит до грани, на которую нанесен электрод, под углом Сро f равным предельнбму углу полного внутреннего отражения. При дальнейшем вращении клина угол падения на эту грань будет больше предельного угла; полного внутреннего отражения до тех пор, пока клин не придет в положение, симметричное первому положению (на фиг. 1 показан пунктиром), после чего при дальнейшем вращении полного внутреннего отражения в клине не будет .

В связи с тем, что при полном внутреннем отражении количество поглощаемого в клине света возрастает (так как внутри клина многократно отражается весь световой поток), при вращении клина наблюдаются скачки фототока: резкое возрастание, когда наступает полное внутреннее отражение, и резкий спад, когда полное внутреннее от раже н и е и сче з ает.

Скач1 и фототока наблюдаются посредством схемы для регистрещии тока. При вращении клина измеряется минимальный угол поворота у между положением клина, соответствующим резкому возрастанию фототока, и положением,соответствующим резкому падению.

Если для регистрации тока использовать дифференцирующее устройство, дающее первую производную от тока If

, . по углу поворота LI т.е.--,то в моменdlf aL

ты скачков фототока-д- -гооИ угол 7 соответствует минимальному углу поворота между двумя положениями, которым dij

соответствует измеренному углу показатель преломления исследуемого вещества оппределяют по формуле

. С06 f ir+cos e

Sin cSr В том случае/ если преломляющий угол мал, то cosoC 1 и формула для вычислений упрощается f-cos п. - зТгГо Если количество вещества для исследования очень ort aHVi4eHO, то возможность изготовления клина с параметрами, обеспечивающими измерение показателя преломления, можно оценит по формуле t., гдеРр,, - минимальная длина граней клина. Пример осуществления способа. По. предложенному способу определе показатель преломления арсенида галлия. Из арсенида галлия изготовлен клин с оС 9 °. Полировка поверхности клина Осуществлена механически алмаз ной пастой, на клин нанесены контакты из серебряной пасты. Клин освещал ся параллельным пучком света с энергией фотонов 1,31 эВ (950 нм). Угол f , соответству1д1ций минималь ному углу между двумя ближайшими ска ками фототока, равен 118. Искомый показатель преломления 1/Ь2 cos 63° 50 COS 9 V соь 6 3°30 П ,5 Данный способ позволяет расширит диапазон измерения благодаря возможности производить измерения на материалах с любым показателем преломле ния и на материалах, непрозрачных в видимой области спектра. Формула изобретения 1. Способ определения показателя преломления фотопроводящих материалов методом полного внутреннего отра жения путем освещения образца и регистрации светового потока после пол ного внутреннего отражения, о т личающийся тем, что, с це лью расширения диапазона измерения. Освещение образца производят параллельным пучком фотоэлектрически активного света, а регистрацию осуществляют путём приложения элЛтрического поля к образцу, вращения образца вокруг оси, перпендикулярной падающему на него световому пучку и проходящей через ребро преломляющего угла образца, и измерения минимального угла поворота между двумя положениями образца, соответствующими скачкообразному возрастанию и спаду фототока, а показатель преломления определяют по формуле .cobfill+cos ьасобос где - преломляющий угол образца; - минимальный угол поворота между двумя положениями об. разца. 2. Образец для осуществления способа по п. 1, отличающийс я тем, что он выполнен в виде клина с преломляющим углом «Уменьшим угла ПВО, снабженного электродами, расположенными на ребре преломляющего угла и на грани против преломляющего угла, при этом материал образца соответствует соотношению l-rCA, где К - коэффициент поглощения материала образца; С - коИЪтанта АО - длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта; АО - протяженность электрода в направлении, перпендикулярном ребру преломляющего угла образца. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Шишловский А. А. Прикладная фиическая оптика, М., Физматгиз, 961, с. 683-700. 2.Меланхолин Н. М. Методы исслеования опЬгических свойств кристалов, М., Наука, 1970; с. 96-101 (прототип). Фиг.