Способ измерения угла фарадеевского вращения

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИТЕТ СССР И ОТКРЬПИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КО ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ вкОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯе ср де магнитног ющийся те шения точности интенсивность з и дополнительно ремумы, а угол 6 шения л а поля, о что, с эмерений ндируннце определяю находят.А.Скрипни е о изл т его из с экст оие эффект ФТТ. 1962анс 2 манс 11 н 1( Контроль парамет вых материалов и ев. И., "Советско 4, 46 (прототип). мнн 1 ф мин мин 2 ф мак ые сигналытельного измер преоб экстр чальн менен тенсив УГЛА ФАРАазов мума я ованныи на нтенсивнос ондирующег з исследудвух разенного к наи из- ин- зон ност го и чепируюния. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯДЕЕВСКОГО ВРАЩЕНИЯ, 8, осопределении экстремумов.линейно поляризованногоизлучения на выходе егоемой среды при каждом изличных направлений прилож 801125513 А3 2Недостатком известного способа является, зависимость результата измерения угла фарадеевского вращения от погрешностей преобразования измерительного тракта, что снижает точность измерения.Цель изобретения - повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем, что согласно способу, основанному на определении экстремумов интенсивности линейно поляризованногб зондйрующего излучения на выходе его из исследуемой среды на каждом из двух различных направлений приложенного к среде магнитного поля, изменяют интенсивность зондирующего излучения и дополнительно определяют его экстремумы, а угол 6 находят иэ соотно- шения ф, 1 мин 2 мин 11 макс 2 макс 1)-У У9=- агсэо1 змерения углаия 1 , основида тен способского вращависимости На чертеже изображена структурная схема устройства измерения углафарадеевского вращения в оптическомИК диапазоне длин волн.Технические параметры устройстваугол вращения плоскости поляризации1,0 ф: пороговая чувствительность кизмерению вращения плоскости поляризации 0,01-0,03 ; возможность измерения на образцах с пропусканиемТ = 0,2 - 10 ; локальность изме-5,микрений 20 мкм; толщина измеряемыхобразцов (из арсенида галлия, кремния или германия) от сотен до единиц микрон, а также возможностьизмерения участков диффузии и эпитаксии с укаэанной локальностью.Излучение лазера 1 модулируетсязлектрооптическим модулятором 2 счастотой модуляции 1 кГц и подаетсяна вход ослабителя 3, выход которогсоединен с измерительным трактом,состоящим из последовательно соединенных поляризатора 4; входной германиевой линзы 5, установленной навходе магнита 6, обеспечивающегонапряженность поля 10-14 кГс, вкотором установлен исследуемый образец 7, выходной германиевойлинзы 8, анализатора 9, ориентированного под углом 45 относительноплоскости поляризации излучения,падающего на него, амплитудного фар аде ный на Э:3 сов 8,"огде 3 , 3 " ийтенсивности линейно ,ЗОполяризованного света дои после анализатора;6 " угол между плоскостямиполяризации падающегосвета и света, пропуска-З 5емого анализатором.В процессе измерения угол В опре" деляют по изменению интенсивности 7 либо по сдвигу зависимости при наложении на материал магнитного поля. 40Недостатком укаэанного способа является зависимость результата измерения угла Фарадеевского вращения от погрешности преобразования измерительного тракта. 45Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения угла фарадеевского вращения 2 , согласно которому определяют экстремумы интенсивности линейно поляризованного зондирующего излучения на выходе из исследуемой среды при каждом иэ двух различных надрав" лений приложенного к среде магнитного поля (Эмк и 3 ас)а уголдопределяют иэ соотношения"2 =1 макс м акс+ мий ин м М 112551Изобретение относится к контролю или анализу веществ материалов или иэделий с помощью оптических методов и может найти применение при исследованиях магнитооптических эффектов первого и второго порядков, зависящих от величины и ориентации намагниченности оптически неактивных сред (диа-, пара- и ферромагнетиков) относительно направления распространения в них линейно поляризованного излучения.Изобретение предназначено для Исследования электрофизических параметров (концентраций носителей зарядов, эфФективных их масс и т.п.) полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев на их основе.Кроме того, оно может быть исполь зовано в молекулярной и электронной спектроскопии, физической химии и медицинской биофизике, а также в устройствах управления интенсивностью, фазой, поляризацией или цветом. 25Извес и3 112551делителя 10 мощности с калориметрической нагрузкой 11 на одном из еговыходов и приемником 12 оптическогоизлучения с фазовым детектором надругом, усилителя 13, аналого-цифрового преобразователя 14, микроЭВМ15, Управление структурной схемойосуществляется по программе, введенной в запоминающее устройствомикроЭВМ 15, и с помощью команд,подаваемых от микроЭВМ 15 к лазеру 1,модулятору 2, ослабителю 3, механизму 16 поворота магнита 6, механизму17 вертикального перемещения образца 7. Индикация результата измерения эффекта Фарадея осуществляетсяпо команде микроЭВМ 15 на цифровоминдикаторе 18.Устройство для осуществленияспособа работает следующим образом.20В исходном состоянии исследуемыйобразец 7 выведен с помощью устройства 17 из оптического канала. Первоначально по,команде микроЭВМ 15включают лазер 1 и модулятор 2,установив необходимую частоту модуляции. Устанавливают такое ослабление ослабителя 3, чтобы в скрещенных поляризаторе 4 и анализаторе 9 выходной сигнал фазового детектора приемника 12 излучения находился в диапазоне линейного участка характеристики фазового детектора.После этого микроЭВМ фиксирует в оперативно-запоминающем устройствевыходной сигнал аналого-цифровогопреобразователя 14, соответствующийначальной интенсивности Зо линейнополяризованного зондирующего излучения лазера 1 при общем коэффициенте 5 преобразования измерительного преобразователя относительной мультипликативной 1 и абсолютной аддитивной о систематических погрешностях преобразования.Затем устанавливают на штативе исследуемый образец 7., ориентируютего под углом Брюстера по отношениюк направлению распространения зондирующего излучения лазера 1 в оптическом тракте между германиевыми линзами 5 и 8. По команде микроЭВМ 15 вводят с помощью механизма 17 воптический канал между германиевымилинзами 5 и 8 исследуемый образец 7.Далее по команде микроЭВМ. 15 спомощью механизма 16 поворачиваютмагнит 6 до тех пор, пока вектормагнитного поля не станет парал 30354050 34лелен направлению распространения зондирующего излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя 14 не появится выходной сигнал, который микроЭВМ 15 фиксирует в своем оперативно-запомина 1 щем устройстве.После этого по команде микроЭВМ 15 с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магнитного поля не окажется под углом к направлению распространения зондирующего излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя 14 не появится выходной сигнал, который микроЭВМ 15 фиксирует в своем оперативно-запоминающем устройствеЗатем по команде микроЭВМ 15 изменяют например, уменьшают) ослабление ослабителя 3 таким образом, что начальная интенсивность 3зондирующего излучения лазера 1 увеличивается на различимое значение АВЭО, а выходной сигнал фазового детектора приемника 12 излучения находится в пределе линейного участка выходной характеристики фазового детектора.После этого микроЭВМ фиксирует в оперативно-запоминающем устройстве выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14, соответствующий интенсивности 3линейно поляризованного излучения лазера 1.Затем по команде микроЭВМ 15 вводят с помощью механизма 17 исследуемый образец 7 в оптический канал между германиевыми линиями 5 и 8.Далее микроЭВМ 15 фиксирует в оперативно-запоминающем устройстве выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 14.После этого по команде микроЭВМ 15 с помощью механизма 16 поворачивают магнит 6 до тех пор, пока вектор магйитного поля не станет параллелен распространению зондирующего излучения в исследуемом образце 7, а на выходе аналого-цифрового преобразователя не появитСя выходной сигнал, который микроЭВМ 15 фиксирует в своем оперативно-запоминающем устройстве.Затем микроЭВМ 15, используя зафиксированные в ее оперативно-запоминающем устройстве значения выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 14, вычисляет алгоритм, который предварительно вводят в оперативно-запоминающее устройство микроСоставитель ь, ЧервоненкисРедактор А. Мотыль Техред С.Мигунова Муска рре Подписно Тираж 822 Заказ 8531 омитета СС ВНИИПИ Государ по делам иэо13035, Москва, Ж енног открытихая наб. етении5, Рауш 4/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 112551 ЭВМ 15 на угол поворота 6 в исследуемой среде плоскости поляризации зондирующего излучения лазера 1Далее до команде микроЭВМ 15 5 индицируют на цифровом индикаторе 18 результат измерения угла наворота О в исследуемой среде 7 плоскости поляризации зондирующего излучения лазера 1, 30 После этого по команде микроЭВМ 15выводят исследуемый образец 7 изоптического канала, устанавливаютисходное ослабление ослабиФеля 3, 15выключают лазер 1 и модулятор 2. Наэтом процесс измерения угла фарадеевского вращения в исследуемом образце 7 заканчивают.Использование предлагаемого способа измерения в сравнении с известными способами повысит пороговую чувствительность измерений в среднем на 5-63 за счет исключения влияния на них систематических погрешностей преобразования измерительного канала, позволит относительно просто программировать предложенный алгоритм измерения с использованием серийной электронно-вычнслительной техники, а также довести чистое время измерений до уровней 0,01- 002 с каждое, что способствует повышению их точности.