Способ контроля напряжений в кристаллах кварца

 

Использование: изобретение предназначено для контроля напряжений в кристаллическом кварце и основано на влиянии напряжений на величину угла вращения плоскости поляризации света в кварце. Сущность: образец кристаллического кварца , помещенный между скрещенными поляризатором и анализатором, просвечивают вдоль его оптической оси параллельным или сходящимся лучом света, а анализатор поИзобретёние относится к метрологии оптических материалов и материалов электронной техники и предназначено для контроля напряжений в кристаллическом кварце. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности контроля напряжений в кристаллическом кварце, сокращение трудоемкости сортировки кристаллов по наличию в них напряжений. Указанная цель достигается тем. что в способе контроля напряжений в кристаллах ворачивают относительно первоначального положения на угол а , при котором пропускание системы поляризатор-кристалланализатор минимально при данной длине волны света А . Наличие напряжений в кристалле определяют из условий а - (I . р„ - 180° . К) J/I 0 для правого кварца при вращении анализатора против часовой стрелки по ходу луча от источника света, или для левого кварца при вращении анализатора по часовой стрелке; (180° - a ) . (I, рл -180° . K)/l f 0-для правого кварца при вращении анализатора по часовой стрелке по ходу луча от источника света, или для левого кварца при вращении анализатора против часовой стрелки, где I - толщина кристалла в месте прохождения света; р . естественный угол вращения (постоянная вращения) плоскости поляризации на длине волны света Я ; К - целое число из ряда О, . 1,2, 3, ... выбирают так, чтобы (I . рг. - 180°-.. К) 180°. Напряжения в кристалле тем больше , чем больше отличие от нуля левых частей неравенств. кварца, включающем просвечивание параллельным или сходящимся лучом света кристалла , помещенного.между скрещенными поляризатором и анализатором, просвечивают кристалл вдоль оптической оси, поворачивают анализатор на угол а .равный: ел с оо О о со Јv СО со «( f-180° K) 0) -. для правовращающего кварца при вращении анализатора против часовой стрелки или для левоврэщающего кварца

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 21/21

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

М (21) 4878283/25 . (22) 29.10,90 (46) 30.03.93. Бюл. ¹ 12 (71) Научно-исследовательский институт

"Полюс" (72) В.С,Наумов, И.И,Калашникова, И.B. Коломина, С.С.Пашков и О.Е.Сидорюк (73) В.С.Наумов, И.И.Калашникова, .С.С.Пашков и A.È.Ðoñëÿêîâ (56) Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976, с 525-527, Борн M., Вольф 3. Основы оптики. М.:

Наука, 1973, с. 648-650. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В

КРИСТАЛЛАХ КВАРЦА (57) Использование: изобретение предназначено для контроля напряжений в кристаллическом кварце и основано на влиянии напряжений на величину угла вращения плоскости поляризации света в кварце.

Сущность: образец кристаллического кварца, помещенный между скрещенными поляризатором и анализатором, просвечивают вдоль его оптической оси параллельным или сходящимся лучом света, а анализатор поИзобретение относится к метрологии оптических материалов и материалов электронной техники и предназначено для контроля напряжений в кристаллическом кварце.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности контроля напряжений в кристаллическом кварце, сокращение трудоемкости сортировки кристаллов по наличию в них напряжений.

Указанная цель достигается тем. что в способе контроля напряжений в кристаллах

„„Я „„1806343 А3 ворачивают относительно первоначального положения на угол а, при котором пропускание системы поляризатор-кристалл- анализатор минимально при данной длине волны света Л . Наличие напряжений в кристалле определяют из условий (а -(1, ф, -180 . К) )/! P 0 для правого кварца при вращении анализатора против часовой стрелки по ходу луча от источника света, или для левого кварца при вращении анализатора по часовой стрелке; f(180 - а )(i. p„-180 . К))/! 0-для правого кварца при вращении анализатора по часовой стрелке по ходу луча от источника света, или для левого кварца при вращении анализатора против часовой стрелки, где I — толщина кристалла в месте прохождения света; rp, естественный угол вращения (постоянная вращения) плоскости поляризации на длине волны света Л; К вЂ” целое число из ряда О, 1, 2, 3, ... выбирают так, чтобы (I . p -180 -.

»К) < 180 . Напряжения в кристалле тем больше, чем больше отличие от нуля левых частей неравенств. кварца, включающем просвечивание параллельным или сходящимся лучом света кристалла, помещенного между скрещенными поляризатором и анализатором, просвечивают кристалл вдоль оптической оси. поворачивают анализатор на угол а, равный:

a=(I р -180 = К) (1) — для правовращающего кварца при вращении анализатора против часовой стрелки или для левовращающего кварца

1806343 при вращении анализатора по часовой стрелке; или а =180 - (1. p„-180 К ) (2) — для правовращающего кварца при вращении анализатора по часовой стрелке или для левовращающего кварца при вращении анализатора против часовой стрелки; где I — толщина кристалла в месте прохождения света; р — вращательная способность на длине волны света А, К вЂ” целое число из ряда О, 1, 2, 3 ..., причем К выбирают из условия: (t. гр„-180ОК) < 180 и регистрируют изменение угла вращения плоскости поляризации света путем поворота анализатора на дополнительный угол Р, при котором пропускание системы поляризатор-кристаЛл-анализатор минимально, а контроль напряжений в кристалле осуществляют по условию Ру О.

Предлагаемое изобретение основано на обнаруженном влиянии напряжений в кристаллическом кварце на величину угла вращения плоскости поляризации света.

Существенным и принципиальным отличием предлагаемого способа от известного является регистрация изменения угла вращения плоскости поляризации света, а не регистрация изменения двуплечепреломления в известном способе.

Линейно-поляризационная волна в активном кристалле (кварц) может быть представлена в виде совокупности двух циркулярно-поляризованных волн (левой и правой) с одинаковыми периодами и амплитудой (см, например). Напряжения в кристаллах кварца, как было обнаружено, влияют на скорости распространения циркулярно-поляризованных волн (или, что то же, на соответствующие показатели преломления этих волн), в результате чего угол поворота плоскости поляризации света в напряженном кристалле кварца отличается от соответствующего угла в ненапряженном кристалле.

Получаемая в экспериментах точность установки угла поворота плоскости поляризации всего в 0,5 делает предлагаемый способ контроля напряжений в кристаллах кварца по чувствительности и точности контроля превосходящим известные способы.

Пример 1. Кристалл правого кварца в виде пластины, вырезанной перпендикулярно оптической оси, толщиной 40,5 мм помещался между скрещенными поляризаторами так, чтобы свет проходил вдоль оптической оси. В качестве источника света использовалась 2-ая гармоника излучения твердотельного лазера длиной волны А =

0,53 мкм. Для получения сходящегося луча света перед кристаллом помещалась положительная линза с фокусным расстоянием . 10 см. Вращательная способность для кварца на длине волны 0,53 мкм составляет 27 град/мм.

10 Анализатор повернули против часовой стрелки на угол а, рассчитанный по формуле(1) и составивший: а =40,5. 27 -10800-13,5, при этом полного погасания луча на выходе иэ анализатора не наблюдалось..

"5 Для полного погасания луча анализатор повернули на дополнительный угол Р - 240, что свидетельствует.о наличии напряжений в кристалле.

Индикация условия погасания света

20 (для сходящегося луча — затемнения его центральной области) на выходе из.анализатора осуществлялась с помощью фотоприемника со стрелочным индикатором, что позволяло более точно устанавли25 вать момент погасания луча. После этого кристалл был разрезан на заготовки, часть иэ которых растрескалась при резке. Остальные заготовки потрещали при шлифовке и оказались. непригодными для

30 дальнейшего применения.

Таким образом, наличие механических напряжений в кристаллах кварца делает их малопригодными для изготовления иэделий. Поскольку в настоящее время контроль

35 кристаллического кварца на наличие напряжений не проводится, а обрабатываются все кристаллы подряд, то это приводит к значительному количеству бракованных изделий из кварца и значительной трудоемкости из40 готовления, так как труд затрачивается и на обработку негодных изделйй. Следовательно, введение контроля напряжений в кварце приводит к уменьшению трудоемкости изготовления изделий.

Пример 2. Заготовка из кристалла левого кварца толщиной по оптической оси

17 мм. Контроль проводился в параллельном луче газового лазера с длиной волны

Л - 0,63 мкм линза отсутствовала. Условия

50 измерений были те же, что и в примере 1.

Вращательная способность на данной длине волны составляет 18.8 град/мм. Анализатор повернули против часовой стрелки на а угол, рассчитанный по формуле (2), равный: а = 180 - (1 7 . 18,8 - 1800) - 40,4;

1806343 при этом угле пропускание системы поляризатор-кристалл-анализатор было минимальным, т,е. P = О, что означает отсутствие напряжений в данном кристалле. Из этого кристалла были изготовлены изделия, параметры которых полностью удовлетворяли техническим требованиям. а - (I. у„-180 К) Составитель С,Наумова

Техред М.Моргентал Корректор О,Густи

Редактор

Заказ 973 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Способ контроля напряжений в кристаллах кварца, включающий просвечиваwe параллельным или сходящимся лучом света кристалла, помещенного между скрещенными поляризатором и анализатором, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и чувствительности контроля,. сокращения трудоемкости сортировки кристаллов по наличию в них напряжений, просвечивают кристалл вдоль оптической оси, поворачивают анализатор на угол а, равный для правовращающего кварца при вращении анализатора против часовой стрелки или для левовращающего кварца, при вращении анализатора по часовой стрелке

5 или а = 180 - (I ° р - 180 К) для правовращающегося кварца при вращении анализатора по часовой стрелке или для

10 левовращающего кварца при вращении анализатора против часовой стрелки, . где! — толщина кристалла в месте прохождения света;

p — вращательная способность на длиil

15 не волны света А;

К вЂ” целое число из ряда О, 1, 2, 3 ..., причем К выбирают из условия (I p — 180 К)

< 180 и регистрируют изменение угла вращения плоскости поляризации света путем

2О поворота анализатора на дополнительный угол Р, при котором пропускание системы поляризатор — кристалл — анализатор минимально, контроль напряжений. в кристалле осуществляют по условию Р О,