Способ определения азимута линейно поляризованного излучения

 

Изобретение относится к области оптоэлектроники и ИК-техники и предназначено дня анализа азимута поляризации линейно поляризованного излучения Цель изобретения состоит в повышении производительности и расширении спектрального диапазона способа определения азимута поляризации. Чувствительный элемент, выполненный из проводящего ферромагнетиИзобретение относится к оптоэлектронике и ИК-технике, в частности к анализу азимута поляризации инфракрасного излучения , в том числе с быстроменяющимся азимутом поляризации, в различных оптоэлектронных приборах Целью изобретения является повышение производительности и расширение спектрального диапазона способа На чертеже представлено устройство, реализующее способ ка кубической 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 под углом 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 магнитных полей у, я - 4 и pi ,я - р2 (р л/2) Искомый азимут определяется из условий если , искомый азимут равен , если р2 - pi - Й1 , то искомый азимут равен П - р 1 ил (Л Устройство содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде плоскопараллельной пластины из проводящего ферромагнетика кубической симметрии например полупроводниковой магнитной шпинели р-типа, находящейся при температуре ниже температуры Кюри, электромагнитные катушки 2 и 3, для создания магнитных полей, оси которых направлены вдоль пластины и под умом одна к другой, неравным л/2 , переключатель 4, свяэывао 00 Ю 00 о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (я)ю G 01 N 21/59

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ О

СО () (21) 4720512/25 (22) 19,07.89 (46) 07.11,91. Бюл. N. 41 (71) Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР (72) Н. Н.Лошкарева, Ю.П. Сухоруков, А.И.Трофимов, А,А,Самохвалов, M.È.Àóñлендер и Н.Г,Бебенин (53) 535.024 (088.8) (56) Уханов Ю.M. Оптические свойства полупроводников. — M.: Наука, 1977, с. 34 — 53.

Ландсберг Г.С. Оптика. — M.: Наука, 1976, с. 379, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА

ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к области оптоэлектроники и ИК-техники и предназначено для анализа азимута поляризации линейно поляризованного излучения, Цель изобретения состоит в повышении производительности и расширении спектрального диапазона способа определения азимута поляризации. Чувствительный элемент, выполненный из проводящего ферромагнетиИзобретение относится к оптоэлектронике и ИК-технике, в частности к анализу азимута поляризации инфракрасного излучения, в том числе с быстроменяющимся азимутом поляризации, в различных оптоэлектронных приборах, Целью изобретения является повышение производительности и расширение спектрального диапазона способа, На чертеже представлено устройство, реализующее способ.

„„Я2„„1689808 А1 ка кубической симметрии, например магнитной полупроводниковой шпинели р-типа, обладает в видимом и ИК-диапазоне значительной анизотропией поглощения линейно поляризованного излучения в магнитно «l поле в ферромагнитной области. Однозначное определение азимута осуществляется паочередным приложением двух магнитных полей равной амплитуды, направления которых лежат в плоскости чувствительнага элемента подуглом а друг 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 магнитных полей р, т — 4 и

:,щ, Л вЂ” рг (pl Л;/ 2), ИСкамый аэимут определяется из условий: если о2 = pl + а искомый азимут равен р1, если и =p> — Q> то искомый азимут равен .тà — pl . 1 ил.

Устройство содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде плоскопараллельной пластины из проводящего ферромагнетика кубической симметрии, например полупроводниковой магнитной шпинели р-типа, находящейся при температуре ниже температуры Кюри, электромагнитные катушки 2 и 3, для создания магнитных полей, оси которых направлены вдоль пластины и под углом одна к другой, не равным 7г/2, переключатель 4, связыва1689808

30

1н

=А ( — cos 2p) ющий поочередно катушки 2 и 3 и систему 5 управления.

Способ осуществляют следующим образом, В отсутствие магнитного поля регистрируют сигнал на выходе чувствительного элемента. Затем подают импульс тока на первую управляющую катушку, регистриру Н1 — ют сигнал н1 и вычисляют . По заранее выявленной зависимости

1" =А( — cos2p), (1) т.е. по заранее определенным для данного чувствительного элемента коэффициентам А и В определяют азимуты р ил — ф относительно первого магнитного поля, которые соответствуют вычисленному значению н1 — I

При этом эа р1 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 регистри1Н2 руют сигнал 1н2, вычисляют . По той же зависимости

1, определяют два азимута <щ и л — p2 относительно второго магнитного поля. Затем производится сравнение азимутов р2 и л — p2 с суммой и разностью двух углов р1 и а, Знак yrna 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 р2 =р +а, то искомый азимут равен р1, если щ =p< — а, то искомый азимут равен

Л вЂ” (Р1.

Условия определения азимута поляризации выводятся из следующего рассмотрения: каждому иэ двух возможных азимутов поляризации относительно первого магнитного поля р1 ил — р соответствует пара возможных азимутов относительно второго поля, значения которых при положительном угле а следующие:

p2 =p> +а Р1: л — щ =л — (pi +а) «pI = (л — р1) +а =л — (р1 — а) л — p$ л — р) =л — (л+р +а) =p< — а

Существенно различие углов р + а и р1 — а (кроме случая р1 = 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 on25 ределение азимута поляризации по заранее выявленной зависимости вида — = — 0,5 (— 0,4 — соs 2p).

Л) Для а = 45 относительное изменение интенсивности в первом поле равно 0.18, что соответствует двум возможным азимутам поляризации pi= 70 и л — p> = 110О.

35 Азимуту pi соответствуют азимуты р =p> +а = 115 и л — щ = 65 и относительная интенсивность 0,12. Азимуту л — р1 соответствуют азимуты

40 а =pi — а -25 и л — -155 и относительная интенсивность 0,59.

Таким образом, если при приложении второго магнитного поля относительная интенсивность равна 0,12, то искомым азимутом является р1 - 70О, если относительная интенсивность равна 0,59, то искомым азимутом является л — р1 = 110О.

Для a = -45 пусть также относительное изменение интенсивности в первом магнитном поле равно 0,18 и соответственно азимуты равны р1 =70 и л — p< =110О.

Однако теперь азимуту р1 соответствуют азимуты <щ = + + (— а) = p> — a = 25 и

z — p2 =155 и относительная интенсивность 0,59. А азимуту л — р соответствуют азимуты g — p — (— а) =р +а - 115 и л — g= 65 и относительная интенсивность 0,12, Таким образом, в случае, когда второе магнитное поле направлено против

1689808

6 часовой 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-HgCrzSe4, 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-НцСг2Яе4 достигает значительной величины (изменение коэффициента поглощения в магнитном поле при поляризации света вдоль и перпендикулярно направлению магнитного поля co" ставляет 217;). 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 !/! 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-Hg CrzSe4 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-HgCr Seq с концентрацией дырок р = 2. 10 см при температуре

80 К и длине волны Л = 5,5 мкм Л !/! соста3 > вила 0,70 при Н I Е и — 0,30 при Н I Е, где

Н, Š— векторы магнитного и электрического полей, откуда А = — 0,5 и В =- — 0,4 т.е имеем — = — 0,5 (— 0,4 — cos2 p), Л!

В общем случае параметры А и В зависят от электропроводности кристаллов или

10 коэффициента поглощения кристаллов на носителях заряда, которые являются функциями длины волны и темпера гуры. Таким образом, точность определения азимута поляризации определяется точностью нахож15 дения коэффициентов А и В при данной температуре и длине волны, Эффект магнитного линейного дихроизма, связанного с носителями заряда, может проявляться как в области взаимодействия

20 света с носителями заряда (средний ИК-ди- . апазон), так и в области межзонных переходов (видимый и ближний ИК-диапазоны), что определяет и рабочий спектральный диапазон.

25 Температурный рабочий диапазон способа ограничен сверху температурой Кюри используемого материала. Принципиальных ограничений на температуру снизу не установлено, В классе магнитных полупро30 водников, например, имеются материалы с температурами Кюри от комнатных и выше до температур ниже температуры жидкого азота.

Относительное изменение интенсивно35 Л! сти — — зависит от величины приложенного магнитного поля. Полевая зависимость амЛ! плитуды функции — Г- = А ( — cos 2 p) имеет

40 вид, характерный для ферромагнетиков— нарастание с увеличением поля и последующее насыщение. С точки зрения наименьших энергетических затрат при максимальной амплитуде функции

45 Лl (V) оптимальной величиной приложенного магнитного поля является величина, при которой амплитуда выходит на насыщение. Например, для магнитной шпинели р50 HgCrzSe4 толщиной 80 мкм оптимальной величиной магнитного поля является 0,7 кЭ.

В связи с зависимостью амплитуды функЛ! ции — Г- от величины магнитного поля для

55 точного определения азимута поляризации существенно равенство амплитуд двух поочередно воздействующих магнитных полей.

С целью максимальной однородности воздействующих магнитных полей пластина из

1689808

Формула изобретения

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, отличающийся

Составитель С.Голубев

Редактор 0,10рковецкая Техред M.Moðãåíòëë Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 3807 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издагеллский комбинат Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 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 3ВМ ДЗ-28 позволило 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. тем, что, с целью повышения производительности способа, направляют линейно поляризованное излучение на анализатор в виде пластины иэ проводящего ферромаг5 нетика кубической симметрии, а поворот оси анизотропии анализатора осуществляется путем поочередного воздействия на него двух импульсов магнитных полей равной амплитуды, направленных в плоскости пластины под углом друг к другу lal < —, по

Л

2 результатам регистрации интенсивности излучения на выходе анализатора и заранее выявленной зависимости относитель15 ного изменения интенсивности прошедшего излучения от угла о между направлением приложенного магнитного поля и направлением поляризации определяют две пары величин

20 р1, л — ф1 и 1ф, 7f — Q, азимутов поля ризации относительно каждого из приложенных магнитных полей, а искомый азимут поляризации принимают равным р1 при

pz =@1 +Q, где р1 л/2, итт — р1, при

25 Щ =P1 — а .