<<
>>

3.1 Применение коноскопии для численных оценок искажений оптической индикатрисы, связанных с дефектами структуры

Одним из способов бесконтактного контроля однородности монокристаллов и выявления дефектов структуры является оптический метод коноскопии, заключающийся в анализе интерференционных картин, полученных в процессе прохождения конического пучка света через материал и сложения амплитуд обыкновенных и необыкновенных волн, возникающих вследствие двулучепреломления в анизотропных средах. Зачастую данный метод используется для качественной оценки однородности оптических свойств материала по объему; количественные же (числовые) расчеты имеют место только в работах, где оптическая ось в материале совпадает с нормалью к входной поверхности, и интерференционные картины имеют вид колец.

Для более сложных случаев, например, когда оптическая ось не совпадает с нормалью к поверхности и не перпендикулярна ей, а также в случае не плоскопараллельной формы оптических элементов, следует использовать уравнение (3.1) вывод которого представлен в работах [70, 71] для одноосных кристаллов.

где Noи Neглавные коэффициенты преломления; λ - длина волны света; т- порядок максимума; mλ - разность хода между обыкновенным и

необыкновенным лучами; h - толщина кристалла; /- параметр оптической системы, характеризующий оптический путь от фокуса до экрана, на котором наблюдаются коноскопические картины; Xи Yкоординаты точек в системе координат, связанной с экраном.

Математическое преобразование данного уравнения (избавление от корней и приведение к каноническому виду), а также его аналитическое решение для практических задач не имеет смысла, так как в итоге получается уравнение 8 степени с рядом комплексных корней. Поэтому наиболее удачным вариантом анализа уравнения и описываемой им геометрии изохром является представление зависимостей от параметров, входящих в уравнение, графически.

На рисунке 3.1 представлена зависимость радиусов изохром от длины волны используемого излучения с поправкой на дисперсию для монокристаллов парателлурита в случае взаимной ортогональности нормали к кристаллу и его оптической оси.

Рис.3.1. Зависимость радиуса изохром первого и второго порядка от длины волны при угле между нормалью к поверхности и оптической осью равном нулю (толщина образца 2 см)

Угол, под которым будет наблюдаться разность хода соответствующая первому и т.д. порядкам изохром будет увеличиваться с увеличением длины волны, что приводит к увеличению радиусов изохром. Данный эффект следует учитывать, когда требуется увеличить разрешение при большой плотности изохром или, наоборот, когда изохромы уходят за пределы поля зрения: например, смену знака кристаллами SBN при нагреве методом коноскопии лучше наблюдать на более коротких длинах волн.

На рисунке 3.2 представлены зависимости расстояния от центра картины до первой и второй изохром от толщины образцов.

Рис.3.2. Расстояние до первых двух изохром от центра коноскопической картины вдоль оси Υ. При оптической оси, параллельной нормали к входной поверхности (а), при оптической оси, перпендикулярной к нормали к входной поверхности (б). No=2,2931, Ne=2,452, длина волны света - 546,1 нм

Анализ данных зависимостей позволяет оценить требуемую угловую апертуру для наблюдения коноскопических картин в зависимости от толщины и определяет предельные значения толщины образца для использования лазерной коноскопии. Так же следует отметить, что при больших значениях толщины отклонения по толщине в меньшей степени влияют на радиус изохром, что понижает чувствительность метода для определения плоскопараллельности крупногабаритных образцов.

Для экспериментальной проверки представленных зависимостей, полученных с использованием уравнения (3.1), в рамках данной работы был рассчитан вид изохром для образца монокристалла парателлурита, имеющего клиновидную форму, т.е. в исходное уравнение вместо значения постоянной толщины была подставлена зависимость толщины от угла вдоль оси X. Толщина и угол клина теоретически подбирались таким образом, чтобы искажения коноскопической картины невозможно было ошибочно принять за влияние дефектов внутренней структуры или за результат неточной юстировки оптической системы (рис.3.3)

Рис.3.3. Искажение коноскопической картины на клиновидном образце одноосного кристалла парателлурита, с углом 1,5° между поверхностями. На рисунке представлены изохромы с порядками 10, 20, 30 и т.д. Толщина в точке, где проходит центральная ось пучка - 2,5 мм. No=2,2931, Ne=2,452, длина волны света - 546,1 нм

Согласно расчетам был изготовлен образец, и была произведена съёмка коноскопической картины (рис.3.4). Так как образец имел малую толщину, фиксация изображения производилась частями. Однако хорошо заметно вытягивание изохром и их разрыв с одновременным общим изменением геометрии, что и предполагалось, исходя из теоретических представлений. Данный эксперимент показал возможность предсказания вида изохром с помощью уравнения (3.1), а также доказал обоснованность его

использования для анализа оптических неоднородностей материала.

Рис.3.4. Экспериментальная коноскопическая картина клиновидного образца

монокристалла парателлурита

Большой интерес для использования представляют вид изохром и расстояние между ними для случаев, когда 0°

<< | >>
Источник: Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь 2019. 2019

Еще по теме 3.1 Применение коноскопии для численных оценок искажений оптической индикатрисы, связанных с дефектами структуры:

  1. Связь между дефектами структуры и оптическими неоднородностями в кристаллах.
  2. Зависимость пропускания, поглощения и рассеяния света от объемных дефектов структуры и оптической однородности кристаллов.
  3. 3.4 Использование ИК метода для выявления структурных дефектов и оптической неоднородности.
  4. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь 2019, 2019
  5. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь - 2019, 2019
  6. Оборудование и методика для изучения структуры материалов Al- 3 масс. %Ni-1 масс. %Cu
  7. 3.2 Метод дифференциальной коноскопии.
  8. 2.1 Расчет индикатрис диффузионного отражения и рассеяния света поверхностями кристалла с известным микрорельефом с помощью метода геометрооптического приближения.
  9. 3.4.4 ИК-дефектоскопия и лазерная коноскопия светозвукопроводов включенных акустооптических устройств
  10. 1.1 Алюминиевые композиционные материалы, способы их получения и их применение