Способ определения азимута линейно поляризованного излучения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУбЛИК 01 151) БРЕТЕН ТЕЛ ЬСТВ ОУУ Устройство соэлемент 1, выполнраллельной пластиромагнетика кунапример полупршпинели р-типа, натуре ниже темперанитные катушкимагнитных полей,вдоль пластины ине равным 7 гг 2, пе ся к оптозлектротности к анализу ракрасного излустроменяющимся различных оптоэдержит чувствителенный в виде плосны из проводящегобической симметоводниковой магниходящейся при темтуры Кюри электр2 и 3, для создоси которых направпод углом одна к дрреключатель 4, связ ыи феррии, тной пера- омагания лены угой, ываявляется повышеи и расширение способа,влено устр ойство ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ(71) Институт физики металлов Уральскогоотделения АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТАЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к области оптоэлектроники и ИК-техники и предназначенодля анализа азимута поляризации линейнополяризованного излучения, Цель изобретения состоит в повышении производительности и расширении спектральногодиапазона способа определения азимутаполяризации. Чувствительный элемент, выполненный из проводящего ферромагнетиИзобретение относи нике и ИК-технике, в ча азимута поляризации ин чения, в том числе с б азимутом поляризации, в лектронных приборах,Целью изобретения ние производительнос спектрального диапазона На чертеже предста реализующее способ.ка кубическои симметрии, например магнитной полупроводниковой шпинели р-типа, обладает в видимом и ИК-диапазоне значительной анизотропией поглощения линейно поляризованного излучения в магнитном поле в ферромагнитной области, Однозначное определение азимута осуществляется поочередным приложением двух магнитных полей равной амплитуды, направления которых лежат в плоскости чувствительного элемента подуглом а доуг к другу, не равным л/2 . По заранее выявленной зависимости изменения интенсивности. прошедшего излучения от азимута поляризации Относительно магнитного поля определяют две пары величин азимутов поляризации относительно каждого из приложенных манитных полей р,т - 4 и ;а, л - рг (р 1 л;/2), Искомый азимут определяется из условий: если а = р 1 + а искомый азимут равен р 1, если й =р 1 - й 1, то искомый азимут равен .тг - р 1 . 1 ил.1689808 10 30 н = А (В - соз 2 о) ющий поочередно катушки 2 и 3 и систему 5 управления.Способ осуществляют следующим образом,В отсутствие магнитного поля регистрируют сигнална выходе чувствительного элемента. Затем подают импульс тока на первую управляющую катушку, регистрирун 1 -ют сигнал н 1 и вычисляют . По заранее выявленной зависимости=А(В - соз 2 р), (1) т.е. по заранее определенным для данного чувствительного элемента коэффициентам А и В определяют азимуты р и л - р относительно первого магнитного поля, которые соответствуют вычисленному значению н 1 -При этом эа о 1 принимают азимут, меньший л/2 и отсчитанный против часовой стрелки от направления первого поля, если смотреть по направлению распространения излучения, Затем при отсутствии импульса тока в первой катушке подают импульс тока на вторую катушку и регистриН 2руют сигнал н 2, вычисляют . По той же зависимости, определяют два азимута р 2 и л - р 2 относительно второго магнитного поля. Затем производится сравнение азимутов р 2 и л р 2 с суммой и разностью двух углов р 1 и а, Знак угла а положителен, если второе магнитное поле повернуто относительно первого по часовой стрелке, если смотреть по направлению распространения излучения. Угол а не может быть равен л/2, так,как в этом случае азимут поляризации относительно второго поля равен азимуту поляризации относительно первого поля и искомый азимут однозначно не определяется. Окончательно искомый азимут определяется из условия: если р 2 = р 1 +а, то искомый азимут равен о 1, если о 2 =р 1 - а, то искомый азимут равен л - ф 1.Условия определения азимута поляризации выводятся из следующего рассмотрения: каждому иэ двух возможных азимутов поляризации относительно первого магнитного поля о 1 ил - О 1 соответствует пара возможных азимутов относительно второго поля, значения которых при положительном угле а следующие:5 1 о 2 =Р 1 +аР 1;л - рг =л - (р 1+а) р 3 = (л - 1 р 1) +а =л - (р 1 - а)л - (р 1л - р = л - (л + р 1 + а) = р 1 - а Существенно различие угловр 1 + а и р 1 - а (кроме случая р 1 = л/2, для которого определение азимута однозначно уже при первом поле), косинусов 20 этих углов, а следовательно, и относительных интенсивностей, соответствующих этим углам, Это позволяет однозначно определить искомый азимут.Рассмотрим на конкретном примере оп ределение азимута поляризации по заранеевыявленной зависимости вида- = - 0,5 ( - 0,4 - соз 2 ср).Ь Для а = 45 относительное изменениеинтенсивности в первом поле равно 0.18, что соответствует двум возможным азимутам поляризации р 1= 70 и л в= 110.35 Азимуту р 1 соответствуют азимутыф =р 1 +а = 115 и л - 1 р 2 = 65 и относительная интенсивность 0,12, Азимуту л - р 1 соответствуют азимуты 40а =р 1 -а -25 и л- -155 иотносительная интенсивность 0,59.Таким образом, если при приложениивторого магнитного поля относительная интенсивность равна 0,12, то искомым азимутом является р 1 - 70 О, если относительная интенсивность равна 0,59, то искомым азимутом является л - 1 о 1 = 110 О.Для а = -45 пусть также относительное изменение интенсивности в первом магнитном поле равно 0,18 и соответственно азимуты равны р 1 = 70 и л - р 1 = 110 О.Однако теперь азимуту р 1 соответствуют азимуты щ =о + ( -а) = р 1 - а = 25 и л - р 2 =155 и относительная интенсивность 0,59, А азимутул - 1 О соответствуют азимуты р 1 =р 1 -( - а) =р +а - 115 и л - р= 65 и относительная интенсивность 0,12, Таким образом, в случае, когда второе магнитное поле направлено противчасовой стрелки по отношению к первому магнитному полю, если смотреть по направлению распространения излучения, при относительной интенсивности 0,59, искомым азимутом является 70, а при относительной интенсивности 0,12 искомым азимутом является 110.Способ основан на следующих физических закономерностях,При приложении к пластине из магнитной полупроводниковой шпинели р-типа, например р-Н 9 Сг 23 е 4, магнитного поля вдоль плоскости пластины перпендикулярно падающему линейно поляризованному излучению интенсивность на выходе из пластины сильно зависит от угла между направлением поляризации падающего излучения и направлением магнитного поля, Это явление - магнитный линейный дихроизм. Обычно магнитный линейный дихроизм исследуется в магнитных диэлектриках в видимом диапазоне спектра в области межзонных переходов), где он имеет спектральную зависимость в виде полос. В ИК-диапазоне на носителях заряда в обычных полупроводниках этот эффект мал и практической ценности не представляет, Магнитный линейный дихроизм на носителях заряда в магнитном полупроводнике - магнитной шпинели р-НцСг 25 е 4 достигает значительной величины (изменение коэффициента поглощения в магнитном поле при поляризации света вдоль и перпендикулярно направлению магнитного поля составляет 21). В любом кубическом ферромагнетике, содержащем свободные носители заряда (полупроводнике или металле), в области магнитного упорядочения возникает магнитный линейный дихроизм и относительное изменение интенсивности излучения Ь/1 от угла между направлением поляризации и направлением магнитного поля имеет вид (1).Величина и знак коэффициентов определяются зонной структурой конкретного материала, Например, в магнитной полупроводниковой шпинели р-Н 9 Сг 23 е 4 параметры сложной структуры валентной зоны в ферромагнитной области таковы, что приводят к значительному магнитному линейному дихроизму. Коэффициенты А и В определяются из решения системы двух уравнений при направлении магнитного поля вдоль направления поляризации падающего излучения и перпендикулярно направлению поляризации, Например, для чувствительного элемента иэ р-НцСгЯе с концентрацией дырок р=2 10 см при температуре 80 Кидлине волны 1=5,5 мкм Л ( составвила 0,70 при НЕ и - 0,30 при НЕ, где Н, Е - векторы магнитного и электрического полей, откуда А = - 0,5 и В =- - 0,4 т.е имеем- = - 0,5 ( - 0,4 - соз 2 р),ЛВ общем случае параметры А и В зависят от электропроводности кристаллов или10 коэффициента поглощения кристаллов наносителях заряда, которые являются функциями длины волны и температуры. Такимобразом, точность определения азимута поляризации определяется точностью нахож 15 дения коэффициентов А и В при даннойтемпературе и длине волны,Эффект магнитного линейного дихроизма, связанного с носителями заряда, можетпроявляться как в области взаимодействия20 света с носителями заряда (средний ИК-ди- .апазон), так и в области межзонных переходов(видимый и ближний ИК-диапазоны), чтоопределяет и рабочий спектральный диапазон,25 Температурный рабочий диапазон способа ограничен сверху температурой Кюрииспользуемого материала. Принципиальных ограничений на температуру снизу неустановлено, В классе магнитных полупро 30 водников, например, имеются материалы стемпературами Кюри от комнатных и вышедо температур ниже температуры жидкогоазота,Относительное изменение интенсивно 35 Лсти -- зависит от величины приложенногомагнитного поля. Полевая зависимость амЛплитуды функции - Г. = А (В - сов 2 р) имеет40 вид, характерный для ферромагнетиков -нарастание с увеличением поля и последующее насыщение. С точки зрения наименьших энергетических затрат примаксимальной амплитуде функции45 Л(р) оптимальной величиной приложенного магнитного поля является величина,при которой амплитуда выходит на насыщение. Например, для магнитной шпинели р 50 Н 9 Сг 2 Яеа толщиной 80 мкм оптимальнойвеличиноймагнитного поля является 0,7 кЭ.В связи с зависимостью амплитуды функЬции -Г- от величины магнитного поля для55точного определения азимута поляризациисущественно равенство амплитуд двух поочередно воздействующих магнитных полей.С целью максимальной однородности воздействующих магнитных полей пластина из1689808 Формула изобретения Составитель С Голуб вецкая Техред М.Моргенталредактор О,Юрко Корректор М.Демчик каэ 380 ВНИИ Т ираж Государственного комитета по изоб 113035, Москва. Ж, Расное крытиям при ГКН /5 етениям и скал наб.,ственно-ивд.:геллскиТ комбинат "Г 1 атент, г. У,кгород, ул.Гагарина, 1 ферромагнетика должна быть помещена в центр системы из двух управляющих катушек.Время определения азимута поляризации определяется быстродействием измерительных приборов и скоростью обработки информации управляющей ЭВМ, Время срабатывания самого чувствительного элемента из ферромагнетика мало (не более 2 мкс) и определяется динамикой ферромагнитных доменов, Осуществление способа при применении ЗВМ ДЗпозволило производить один цикл определения азимута за время не более 0,15 с, что по крайней мере в 100 раз быстрее, чем при осуществлении известного способа. Способ определения азимута линейно поляризованного излучения, включающий направление линейно поляризованного излучения на анализатор в виде пластины, поворот оси анизотропии анализатора и регистрацию интенсивности излучения на выходе анализатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности способа, направляют линейно поляризованное излучение на анализатор в виде пластины иэ проводящего ферромаг нетика кубической симметрии, а поворотоси анизотропии анализатора осуществляется путем поочередного воздействия на него двух импульсов магнитных полей равной амплитуды, направленных в плоскости пла стины подугломдругкдругу 1 а- , поЛ 2результатам регистрации интенсивности излучения на выходе анализатора и заранее выявленной зависимости относитель ного изменения интенсивностипрошедшего излучения от угла о между направлением приложенного магнитного поля и направлением поляризации определяют две пары величин 20 р 1,л - р 1 и 1 щ,л - юг, азимутов поляризации относительно каждого из приложенных магнитных полей, а искомый азимут поляризации принимают равным р 1 при 2 = р 1 + а, где р 1д/2, и л - р 1, при 25 щ =р 1 - а,