Файл: Волкова, Е. А. Поляризационные измерения.pdf

После того как в процессе измерения установлен цвет поля зрения, обусловленный сложением (или вычитанием) разно­ стей хода, возникающих в пластинке и образце, в данных, при­

чают значение разности хода, которую вносит образец.

Для последования объектов, вносящих малые разности хо­ да, поляризатор и анализатор устанавливают параллельно и применяют фазовые пластинки, вводящие разность хода

285 нм.

Погрешности измерения с помощью полярископа зависят от цвета, создаваемого фазовой пластинкой, и от исследуемого объекта и колеблются в пределах 10—40 нм.

КОМПЕНСАТОР СЕНАРМОНА

Компенсатор Сенармона состоит из пластинки четверть волны и анализатора [13, 129—131]. Его можно применять для

преломляющих объектах. При измерении разности фаз свет после поляризатора проходит через исследуемый объект, за­ тем пластинку четверть волны и анализатор. Перед измере­ ниями поляризатор и анализатор устанавливают в окрещенное положение, а затем между ними располагают пластинку чет­ верть волны так, чтобы ее главные направления совпадали с направлением колебаний, пропускаемых поляризатором и анализатором.

Исследуемый объект в виде плоскопараллельной пластины

К

ставят так, чтооы его главные направления-составляли угол—

с направлением колебаний, выходящих из поляризатора. Из образца выходит свет, поляризованный по эллипсу [см. форму­ лу (17)], причем оси эллипса при таком расположении образца совпадают с главными направлениями пластинки четверть вол­ ны. Пройдя через пластинку четверть волны, свет становится линейно поляризованным [см. формулу (19)].

Направление колебаний в линейно поляризованной волне, падающей на анализатор, определяется разностью фаз б, вно­ симой объектом. От направления колебаний в волне, падаю­ щей па анализатор, зависят поток излучения, выходящий из анализатора [см. формулу (47)]. В рассматриваемом случае

118

Для этих значений величин rji, бь г|2 и 62

Поток Ф становится равным нулю, когда выражение в фигур­ ных скобках формулы (47) равно нулю, т. е. при

Если до установки исследуемого объекта при скрещенных

поляризаторе и анализаторе 0 О= ± -^-.отсчет по угломерному

устройству составляет N0, а после установки объекта при за­

Для определения знака разности фаз, вносимой объектом, заменяют объект другим двупреломляющим образцом, на ко­ тором быстрое направление отмечено, например, пластинкой, предварительно подвергнутой сжатию (быстрое направление этой пластинки параллельно направлению сжатия). Затем, по­ вернув анализатор, получают в поле зрения затемнение, отсчи­ тывают угол N2 и, если разность N2—N0 имеет тот же знак, что и в первом случае, то быстрое направление объекта и пла­ стины сравнения совпадают. При обратном значении разности эти направления взаимно перпендикулярны. Таким образом, измерение разности фаз сводится к измерению угла вращения плоскости поляризации. Однако погрешности измерения угла в этом случае несколько больше, чем при измерении угла вра­ щения, так как добавляются погрешности изготовления пла­ стинки и ее установки, а также погрешности, обусловленные наличием дополнительного рассеянного света в оптической си­ стеме.

Для повышения точности измерения применяют анализа­ торы, снабженные полутеневым устройством [132] — пластин­ кой полволны, пластинкой Накамура или другим. В этом слу­ чае не только повышается точность измерения угла поворота анализатора (Л^—Л/0), но можно более точно взаимно сориен­ тировать поляризатор, анализатор, пластинку четверть волны и образец.

Точность измерения понижается из-за многократных отра­ жений от поверхностей пластинок [127, 133— 135]. В зависимо­ сти от условий измерений отражения от пластинок могут вио-

119

сить существенные изменения .в величину измеряемой разно­ сти фаз (до 10%)- Влияние многократных отражений умень­ шают путем заклейки слюдяных пластинок четверть волны между клиновидными стеклянными 'пластинками [135].

Чувствительность компенсатора Сенармона зависит от ус­ ловий измерения и от цены наименьшего деления угломерного устройства анализатора. Без полутеневого устройства чувст­ вительность составляет около 3-10-2 рад, а с полутеневым устройством достигает 8 - 10-5 рад [см. формулу (35)]. Погреш­ ности измерений зависят в основном от чувствительности и условий применения компенсатора [136— 138], и их значения близки к значениям чувствительности.

клиньев нз кристаллического кварца, ребра клиньев парал­ лельны. Оптическая ось кристалла одного клина параллельна

Рис. 62. Компенсатор Бабине:

*S\S'— рассматриваемое сечение; d [t d2 — толщины кварце­

ребру, другого — перпендикулярна к ребру. Гипотенузные гра­ ни клиньев находятся одна против другой так, что оба клина образуют плоскопараллельную пластинку. Толщину пластинки можно менять с помощью микрометрического винта, двигая один клин в направлении, перпендикулярном к ребру. На по­

120

верхности неподвижного клина, обращенной к анализатору,, в центре нанесено тонкое перекрестие, одна из линий которогопараллельна ребрам клиньев. На поверхность компенсатора падает исследуемый свет, затем он проходит через анализа­ тор. Окуляр, расположенный за анализатором, фокусируютна перекрестье.

Пусть плоская линейно поляризованная монохроматиче­ ская волиа падает по нормали к поверхности NN, ограничи­ вающей компенсатор. Направление колебаний в падающей волне образует с главными направлениями клиньев угол, от­ личный от 0 и я. Через клинья проходят две волны со взаимноперпендикулярными направлениями колебаний. Поскольку оп­ тические оси клиньев взаимно перпендикулярны, то луч, кото­ рый в первом клине распространяется медленно, во втором клине будет распространяться быстро и, наоборот, луч, иду­ щий по быстрому направлению в первом клине, во втором клине пойдет по медленному направлению.

Рассмотрим сечение компенсатора плоскостью, проходя­ щей через прямую 55, параллельное ребрам клиньев и пер­ пендикулярное к наружным поверхностям компенсатора. Пусть d x и d2 толщины клиньев в этом сечении и б) и б2 раз­ ности фаз, возникающие в каждом клине, тогда в соответствии, с формулой (12):

?1 = - у ( Пе — n o ) d l и 52 = у К — Пе ) й г.

Разность фаз, возникающая при прохождении обоих клиньев компенсатора,

Таким образом, изменение разности толщин d ,—do позволяет получить в плоскости 5 любуют разность фаз бк.

свет линейно поляризован. Для других значений бк свет поля­ ризован эллиптически. Когда компенсатор установлен между скрещенными поляризатором и анализатором, поток излуче­ ния, выходящий из анализатора, определяется формулой (21). Для значений 6к= ± 2 т я поток Ф равен нулю и достигает мак­

12L

для максимума потока

2 (пе — п0)

В поле зрения компенсатора наблюдают систему прямо­ линейных (параллельных ребрам клиньев) равностоящих ин­ терференционных полос. Разность между потоками излучения, соответствующими интерференционным максимумам и мини­ мумам, согласно формуле (21), тем больше, чем больше sin22r]. Эта величина принимает максимальное значение при

щее передвижение интерференционной картины на одну поло­ су, соответствует изменению разности фаз на 2я.

При измерении разности фаз, 1вносимой объектом, освещают систему поляризатор — компенсатор Бабине — анализатор па­ раллельным пучком монохроматического света (поляризатор и анализатор скрещены). Двигая подвижный клин компенса­ тора, совмещают центр одной из темных интерференционных полос, наблюдаемых в поле зрения, е центром перекрестия. Тогда бк= 2 т я . Снимают отсчет N0 по барабану микрометри­ ческого винта, двигающего клин компенсатора. Устанавливают между поляризатором и компенсатором Бабине исследуемый объект в виде плоскопараллельной пластины так, чтобы одно из его главных направлений составляло с направлением коле-

122