Способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов

(51)5 6 01 й 21/45, 8 0 00 ОПИСАН ЗОБ ТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт ядерных проблем при Белорусском государственном университете им. В,И.Ленина (72) Ю,А;Войтукевич, В.П.Лапицкий и М.Г,Лившиц(56) Вайнштейн Б,А. Методы структурной кристаллографии, Современная кристаллография. - М.; Наука, 1979, т. 1, с. 293.Грум-Гржимайло С,В. Приборы и методы для оптического исследования кристаллов. - М.: Наука, 1972, с. 66 - 81. Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть использовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифрактометрии.Известен способ ориентации кристаллов, основанный на дифракции рентгеновского излучения в кристаллах. Известный способ позволяет определять кристаллогрэфические направления поданным рентгенодифракции и ориентировать. кристаллы с высокой точностью - порядка 10 - 30,Однако, известный способ ориентации кристаллов требует наличия сложной аппаратуры, специально обработанных образцов и, как правило, длительного времени проведения измерений,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов, основанный на зависимости интерференционной картины, возникающей при интерференции прошедшего через кристалл поляризованного излучения. от на(54) СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ ОЦНООСНЫХ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ КРИСТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть использовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифрактометрии. Сущность; регистрируют нз длине кристалла пространственные периодические осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света, где интерферирующие между собой вдоль направления распространения обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы. Ориентируют оптическую ось кристалла по изменению периода осцилляций интенсивности света. 1 ил. правления распространения световой волны относительно оптической оси кристалла,По изменениям, наблюдаемым в интерференционной (коноскопической) картине, Яосуществляют ориентацию оптической осикристалла за достаточно короткое эремя сточностью порядка 10,Недостатком известного способа ориентации одноосных оптически прозрачныхкристаллов является низкая точность определения ориентации оптической оси кристалла.Цель изобретения - повышение точности определения ориентации оп 1 ическойоси кристалла,Поставленная цель достигается тем, чтов первом варианте способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов,основанном на зависимости интерференционной картины, возникающей при интерференции прошедшего через кристалполяризованного излучения, от направлении распространения световой волны относительно оптической оси кристалла, 1770849направляют на кристалл монохроматический плоскополяризованный параллельный пучок когерентного излучения, возбуждающий в нем две ортогонально поляризованные волны. которые интерферируют между. собой вдоль направления распространения, регистрируют на фиксированной длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, число периодов пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле света и угол падения излучения на кристалл, поворачивают кристалл вокруг любой оси, перпендикулярной лучу света, в том направлении, при котором период осцилляций возрастает, до угла, при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляций и опять отмечают полученное значение угла, устанавливают кристалл в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловьх отсчетов, повторяют операцию вращения энэлогичн,ым образом вокруг оси, ортогональной как предыдущей оси вращения, так и направлению луча света, кристалл опять. устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции вращения,Второй вариант способа отличается от первого тем, что кристалл поворачивают в двух взаимно ортогональных плоскостях до достижения периода осцилляций, превышающего длину кристалла, вдоль которой распространяется излучение,Отличительной особенностью предлагаемого способа ориентации одноосных оптически прозрачных кристаллов является регистрация на длине кристалла, где интерферирующие между собой вдоль направления распространения обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле света и ориентации оптической оси кристалла по изменению периода осцилляций интенсивности света.Предлагаемый способ как совокупность признаков в отличие от известных технических решений проявляет новое, не присущее известным объектам, содержащим признаки, выступающие как отличия от прототипа, свойство; зависимость числа пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле света нэ длине кристалла, где обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, от угла между30 ный на двухосевом гониометре 2. Вращаот кристалл вокруг любой оси, перпендикулярнвй лучу света, до появления пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле 3 света, которые фиксируют с помощью системы 4 сбора оптической информации и оптического регистратора 5.Периодические пространственные осцилляции интенсивности рассеянного света в кристалле 3 появляются вследствие интерференции ортогонэльно поляризованныхволн в двулучепреломляющих средах. Так, если монохроматическое излучение с длиной волны А распространяется под углом Ф к оптической оси двулучепреломляющего кристалла, то в этом случае в кристалле возбуждаются две ортогонально поляризованные волны, которые. пройдя в кристаллепуть длиной, приобретают разность фазЬс = - д - по пе(ФЯ,2 л1)где по и пе 6- показатели преломления дляобыкновенной и необыкновенной волны соответственно. С учетом зависимости показателя преломления для необыкновенной волны от угла Фи того, что по/пе) =1 иг зп(Ф) =Фпри Фс1 из(1) следует2 д Ьп , г, г угде Ьп - Ьо - п 4, у = п Ф, и = по+ пе)/2. оптической осью кристалла и падающим накристалл монохроматическим когерентным излучением. обеспечивающее достижение положительного эффекта - повышение точности определения ориентации оптической оси кристалла, Следовательно, заявляемыйспособ ориентации одноосных оптическипрозрачных кристаллов представляет собой новую совокупность признаков как сочетание известных признаков и нового технического свойства, что позволяет признать его соответствующим критерию "существенныеотличия",На чертеже представлена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ,Схема устройства содержит источник 1монохроматического плоскополяризованного когерентного излучения, двухосевой20 гониометр 2, исследуемый кристалл 3, систему 4 сбора оптической информации и оптический регистратор 5.Процесс ориентации, кристалла осуществляют следующим образом.Излучение от источника 1 монохроматического плоскополяризованного когерентного излучения направляют нэ подлежащий ориентированию кристалл 3, установлен 17708495 1015 20 25 30 3540 котором оптическая ось кристалла совпадает с направлением распространения опти-,ческого излучения. При Ьа = 7 г плоскость поляризации результатирующей волны повернется наудвоенный уол между вектором поляризации падающей волны и главной плоскостью кристалла и, следовательно, в направлении, перпендикулярном распространению излучения, будет наблюдаться максимум (минимум) интенсивности периодических асцилляций, а период с данной структуры составитпг,г(3)гПосле обнаружения пространственныхпериодических осцилляций интенсивностирассеянного в кристалле 3 света фиксируютзначение угла между направлением распространения световой волны и оптическойосью кристалла с помощью гониометра 2 ичисло периодов осцилляций, укладывающихся на любой фиксированной длине кристалла 3, с помощью оптическогорегистратора 5. Затем кристалл 3 поворачивают вокруг любой оси, перпендикулярнойлучу света, в том направлении, г 1 ри которомпериод осцилляций возрастает и, следовательно, число И осцилляций уменьшается.Так как число осцилляций равно2 Лпг(4)пгА,то направление вращения в данном случаебудет соответствоват, уменьшению угламежду направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла.При этом вращении кристалла 3 период осцилляций проходит через максимум, приэтом возможно полное исчезновение осцилляций (т,е, период осцилляций превышаетдлину кристалла), а затем начинает убывать. Кристалл продолжают вращать да угла, при котором на ранее фиксированной длинекристалла укладывается прежнее число периодов осцилляций и опять отмечают полученное значение угла с помощью гониометра 2, Затем гониаметр 2 устанавливаат в положение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов, Далее операция вращения повторяется аналогичным образом вокруг оси, ортогональной как предыдущей оси вращения, так и направлению луча света, Гониометр 2 опять устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученныхпри второй операции вращения. В результате установленное полажение кристалла будет соответствовать направлению, при В том случае, если требуется быстрое определение положения оптической оси в образце кристалла с точностью порядка 2, то кристалл вращают в двух взаимна ортагональных плоскостях до достижения максимального периода осцилляций,Использование предложенного способа в сравнении с прототипом позволяет более чем на порядок повысить точность ориентации оптической оси кристалла. Действительно, если Ьу - изменение угла между направлением распространения световой волны и оптической осью кристалла, прй котором число осцилляций И изменяется на единицу, то иэ соотношения (4) получаем, чтой+1 (у - Лу), (5) Отсюда путем простых преобразований получаем зависимость жуат у:г4 узап(6)П р и м е р 1. Для характерных значений входящих в соотношение (6) величин, например 1 = 0,5 мкм; п = 1,5;Дп = 0,1;= 10 мм, при у = 10"= 0.17 рад получаем, что Ьу=2 10 рад .Крометого, предложенный спосабобеспечивает простоту оптической схемы устройства, а для углов у 100, когда период б асцилляций становится больше 0,1 мм, позволяет визуально наблюдать пространственные периодические осцилляции интенсивности рассеянного в кристалле света,Оценим максимальную длину кристалла, распространяясь вдоль которой, обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно не разделяются, Пусть щв диаметр луча монохроматического излучения,- искомая длина, а /3 - угол анизотропии, т.е, угол между обькновенным и необыкновенным лучом в кристалле. Тогдав ст 9 р), (7) П р и м е р 2, Для большинства используемых в оптике кристаллов угол 3 не превышает 6, поэтому при и =ммне должна превышать 9,5 мм.Таким образом, предлагаемый способ ориентации одноасных оптически прозрачных кристаллов существенно павыш зет точность ориентации оптической оси кристалла при обеспечении простоты оптических методов,Формула изобретения 1, Способ ориентации адноасных оптически прозрачных кристаллов путем направления на кристалл поляризованного излучения, формирования интерференци1770849 Составитель Ю. ВоитукевичРедактор О. Стенинэ Техред М.Моргентал Корректор И, Муска Заказ 3737 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательскии комбинат "Патент", г. Ужгород,гарина,онной картины, по изменению которой от направления распространения световой волны относительно оптической оси кристалла ориентируют оптическую ось кристалла, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения ориентации оптической оси кристалла, направляют на кристалл монохроматический плоскополяризованный параллельный пучок когерентного излучения, возбуждающий в нем две ортогонально поляризованные волны. которые интерферируют между собой вдоль направления распространения, регистрируют на фиксированной длине кристалла, где обцкновеннцй и необыкновенный лучи пространственно неразделимы, число периодов пространственных периодических осцилляций интенсивности рассеянного в кристалле света и угол падения излучения на кристалл, поворачивают кристалл вокруг любой оси, перпендикулярной лучу авета, в том направлении, при котором период осцилляций возрастает, до угла. при котором на ранее фиксированной длине кристалла укладывается прежнее число периодов осцилляций, и опять отмечают полученное 5 значение угла, устанавливают кристалл вположение, соответствующее среднему арифметическому двух угловых отсчетов, повторяют операцию вращения аналогичным образом вокруг оси, ортогональной как 10 предыдущей оси вращения, так и направлению луча света, кристалл опять устанавливается в положение, соответствующее среднеарифметическому значению двух углов, полученных при второй операции вра щения,2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что кристалл поворачивают в двух взаимно ортогональных плоскостях до дости жения периода осцилляций, превышающегодлину кристалла, вдоль которой распространяется излучение.