Способ измерения оптической фазовой анизотропии и устройство для осуществления способа Советский патент 1982 года по МПК G01J4/04 G01N21/17 

, ,Наибрлее близким техническим решением является способ измерения оптической фазовой анизотропии, заключающийся в облучении объекта монохроматическим поляризованным светом и измерении параметров прошедшего через объект излучения, а также устройство для осуш:ествления этого способа, содержаш;ее источник излучения, поляризаторы, фотоприемник и регистрирующее устройство.

Однако данному способу и устройству присущи такие недостатки; как сложность процесса измерения фазовой анизотропии при недостаточно высокой чувствительности.

Цель изобретения - упроихенйе процесса измерения фазовой, анизотропии при

повышенной чувствительности.

Это достигается благодаря тому, что монохроматическое оптическое излучение двух длин воЛн с частотами vi, V2 и, соэтветственно, ортогональными поляризациямй, разделяют на два пучка без изменения

поляризации и направляют, по двум маналам, в одном из которых з становлеи исследуемый объект, оптическое излучение :на выходе каждого канала преоб}5азуют в электрические сигналы и определяют разность фаз между двумя электрическими -сигналами разностной частоты Av vj--vg,

выделяемыми на выходе каждого канала. При этом для измерения линейной фазовой ан:изотропии монохроматическое оптиЧёское из лучение двух длин волн поляризуют линейио взаимно ортогонально, а для измерения круговойфазовой анизотропии - поляризуют циркулярно взаимно ортогонально. Устройство для осуществления способа измерения линейной фазовой оптической анизотропии содержит двухчастотный лазер с линейными ортогональными поляризациями волн, пластинкуШ, расположенную на оптической, оси так, что ее ось совпадает с плоскостью одной из линейных ортогональных поляриз1аций, полупрозрачное делительное, зеркало, фотоприемник в дополнительном канале и, установленный перед ним один из поляризаторов, а также электронный фазометр в качестве регистрирующего устройства. Для измерения круговой фазовой поляриаации устройство содержит пластинку Я-/4, повернутую на 45° относительно плоскостей линейных ортотональных поляризаций вокруг оптической оси.

На чертеже представлена схема устройства для. осуществления способа.

Устройство состоит из лазера 1, пластинки А,/4 2, делителя 3 луча на два канала, объекта 4, помещаемого на пути луча в одном из каналов, поляризаторов 5, фотоприемников 6, регистрирующего устройства (электронный фазометр) 7, offlTPlfCKH связанных между собой.

При измерении линейной фазовой анизотропии излучение лазера 1, содержащее две монохроматические волны с разными частотами vi, vj и соответственно линейными ортогональными поляризациями, прошедшее через пластинку Я./4 2, ориентированную так, что ее оси совпадают с направлениями ортогональных линейных поляризаций, разделяют с помощью делителя 3 без изменения поляризации на два пучка, один из которых направляют на исследуемый объект 4, затем с помощью поляризаторов 5, ориентированных так, чтобы они пропускали одинаковые по величине компоненты ортогональных волн и фотоприемпиков б, выделяют электрический сигнал разностной частоты Av vi -Va в опорном к измерительном каналах и измеряют разкость ф|аз между ними с помощью электрон0 пого фазометра 7. Измеренная разность фаз несет информацию о фазовой анизотропии объекта 4. При и змерении круговой фазовой анизотропии пластинку Л/4 2 -разворачивают на 45° по отношению к направ5 лениям линейных ортогональных поляризаций вокруг .ческ.ой . оси для получения ортогональных круговых поляризаций. Паличие каналов опорного и измерительного позволяет легко осуществлять калибровку устройства путем измерения разности, фаз без исследуемого объекта.

Фаза сигнала разностной частоты содержит два члена

21Г/ ,, .

Ф , (lio-i e) + -f. Av пе,

первый из которых равен искомой фазовой анизотропии, а второй возникает из-з.а разности частот Av и вносит систематическую ошибку. Эта ошибка может быть весьма

VН.

где Are MO-«е.

м-алои, если -.- - . Av Дя

так как v это оптичес к(ая частота - , а AV можно выбрать- Ю Гц.

п

С другой стороны, когда Д

AV

становятся сравнимы, ее. можно легко исключить путем коммутации знака разностной частоты. V

Осуществляют экспериментальную проверку способа. В качестве источника излучения используется изотропный лазер в продольном магнитном поле с длиной волны А, 1,15(.1. Зеемановское расщепление частот круговых ортогонально поляризованных компонент составляет -600 кГц.

На пути луча помещае;тся пд1астинка А,/4 для получения линейных ортогональных поляризаггий..В качестве объекта измерения используется пластинка из кристаллического кварца, вырезанная параллельно

оптической оси. Сигналы с фотоприемников после усиления подаются на двухлучевой осциллограф. При наклонах пластинки наблюдается фазовый сдвиг одного сигнала разностной частоты относительно другого. Сигналы также подаются соответственно на X и Y входы осциллографа и наблюдаются фазовые сдвиги по фигурам Лиссажу.

Таким образом, предварительная качественная проверка метода показывает его принципиальную работоспособность.

Оценки чувствительности данного способа дают значения минимально обнаружимого изменения фазы в некоторой конкретной ситуации 2 ilO- рад - 4 10 угл. с.

Таким образом, данный способ потенциально сочетает в себе достоинства внутрирезонаторното метода - высокую чувствительность --- 2-10 рад 4 10 угл. с с достоинствами эллипсометрического: возможностью работы с объектами различной физической природы в разных агрегатных состояниях. Кроме того, он достаточно прост и свободен от недостатков, присущих обоим методам. На его основе возможно создание достаточно простых, высокочувствительных приборов для измеренпя фазовой .анизотропии, которые найдут широкое применение в тех областях науки и техники, где в настоящее время применяются эллипсометры.

Формула изобретения

1. Способ измерения оптической фазовой анизотропии, заключающийся в облучении объекта монохроматическим поляризованным светом и измерении параметров прощедшего через объект излучения, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения при повыщенной чувствительности, монохроматическое оптическое излучение двух длин волн с частотами Vi и V2 и.соответственно, ортогональными поляризациями, разделяют на два пучка без изменения поляризации и направляют по двум каналам, в одном из которых установлен исследуемый объект, оптическое излучение на выходе каждого канала .преобразуют в электрические сигналы и определяют разность фаз между двумя электрическими сигналами разностной частоты AV vi - V2, выделяемыми на выходе каждого канала.

2. Способ по п. 1, отлич1ающийся тем, что, с целью измерения линейной фазовой анизотропии, монохроматическое излучение двух длин волн поляризуют линейно взаимно ортогонально.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения круговой фазовой анизотропии, монохроматическое излучение двух длин волн поляризуют циркулярно взаимно ортогонально.

4.Устройство для реализации способа по п. 1 и 2, содержащее источник излучения, поляризаторы, фотоприемник и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что оно содержит двух)частотный лазер с линейными ортогональными поляризациями

волн, пластинку К/4, расположенную ра оптической оси так, что ее ось совпадает с плоскостью одной из линейных ортогональных поляризаций, полупрозрачное делительное зеркало, фотоприемник в дополнительном канале и установленный перед ним один, из поляризаторов, а также электронный фазометр в качестве регистрирующего устройства.

5.Устройство по пп. 1 и 3, отличающ ё е с я тем, что оно содержит пластинку

KI4, повернутую на 45° относительно плоскостей линейных ортогональных поляризаций вокруг оптической оси.