175114. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés magnetooptikai és egyéb, optikailag aktív anyagok, optikai forgatásának mérésére
3 175114 4 mán átbocsátunk, két, egymással 90 “-os szöget bezáró, szintén polarizált sugarat nyerünk. A találmány szerinti eljárás lényege, hogy a mérendő anyagon áthaladó, vagy a mérendő anyag felületéről reflektálódó polarizált sugarat prizmával két egymásra merőleges polarizációs síkú összetevőre bontjuk és detektor segítségével a két összetevő intenzitását külön-külön mérjük és meghatározzuk a két sugár intenzitásával arányos feszültséget, ezután egy összegező és egy különbségképző áramkör segítségével meghatározzuk a két sugár intenzitásával arányos feszültség összegét és különbségét, az összeg és különbség feszültségértékből egy osztó áramkör és feszültségmérő segítségével az optikai forgatás szögértékét meghatározzuk. A találmány szerinti eljárás előnyös foganatosítási módjánál az optikai forgatás szögértékének feszültségmérővel való meghatározása előtt a mérendő anyag transzmisszióváltozását kompenzáljuk. A találmány szerinti berendezés lényege, hogy egy sugárforrás sugárútjában analizátor van, amelynek kimenő sugara útjában a mérendő anyag van elhelyezve, míg a rajta áthaladó sugár útjában sugárosztó prizma pl. Wollaston prizma van elhelyezve. A két osztott sugár újában egy-egy intenzitásmérő van elhelyezve, melynek kimenetei párhuzamosan összegezőre és különbségképzőre csatlakoznak. Ezen utóbbiak kimenetei osztó áramkör bemeneteire kapcsolódnak és az osztó áramkör kimenetére feszültségmérő csatlakozik. A találmány szerinti berendezés előnyös változatánál a fényforrás és polarizátor helyett lézer fényforrás van alkalmazva. Az ismert és a találmány szerinti berendezés példaként kiviteli alakjait a rajz szemlélteti. Az 1. ábra a legegyszerűbb ismert optikai forgatásmérő berendezést, a 2. ábra egy másik ismert, legelterjedtebben alkalmazott ún. modulációs nullmódszerrel működő forgatásmérő berendezést, a 3. ábra a Wollaston vagy Rochon prizmán átbocsátóit sugár polarizációs síkjainak helyzetét, a 4. ábra az eredeti polarizált sugár, valamint a prizma szimmetriatengelyének viszonylagos helyzetét az elforgatott komponensekhez viszonyítva, az 5. ábra a találmány szerinti berendezést, a 6. ábra a találmány szerinti berendezést lézer fényforrással mutatja. Az 1. ábrában feltüntetett ismert berendezésnél az 1 fényforrásból kilépő sugarat a 2 gyűjtőlencse párhuzamos sugárrá alakítja, mely a 3 polarizátoron áthaladva egy adott polarizációs irányt vesz fel. Az így kialakított párhuzamos polarizált sugár polarizációs síkja a 4 mérendő anyagon áthaladva (Faraday forgatás), vagy a felületen reflektálódva (Kerr forgatás) elfordul. Az elfordulás mértékét az 5 analizátor szögirányú elfordításával lehet meghatározni úgy, hogy a sugárnak a 6 gyűjtőlencsén át a fényérzékeny 7 detektorra való juttatásával azonos állású 3 polarizátor 5 analizátorhelyzet esetén maximális, egymásra merőleges 3 polarizátor 5 analizátor helyzet esetén minimális fényintenzitást lehet meghatározni. Az 5 analizátor elfordításának mértéke a mechanikus 8 forgatóeszközön közvetlenül led vasható. A 2. ábra egy másik ismert, az ún. modulációs nullmódszerrel működő forgatásmérő berendezés elvi 2 elrendezését mutatja. A 11 fényforrásból kilépő, optikailag formált sugár a 12 polarizátoron és az optikai 13 modulátoron áthaladva jut a mérendő 14 anyagra. A 14 anyagon áthaladó - Faraday forgatás - vagy arról reflektálódó - Kerr forgatás - sugár a 15 analizátoron át jut a fényérzékeny 16 detektorra. Az optikai 13 modulátor, amelyet a 17 modulátorvezérlő működtet, a sugár intenzitását változtatja egy periodikus függvény szerint, pl. változó mágneses tér vagy forgó prizma segítségével. A fázisérzékeny 19 erősítő a 16 detektor és a 17 modulátorvezérlő kimenőjeleit hasonlítja össze és a 15 analizátort az elektromechanikus 18 beavatkozóelem segítségével úgy fordítja el, hogy a fényérzékeny 16 detektor kimenőjele minimális legyen. A fázisérzékeny 19 erősítő kimenőjele az elfordítás mértékével arányos és a 20 feszültségmérővel mérhető. Ezt a módszert használják a kereskedelemben kapható forgatásmérőknél (Karl Lambrecht cég automatikus ellipszométer készüléke) és laboratóriumi vagy kísérleti készülékeknél (A. Stoffel, Applied Optics, Vol. 42. No. 7. pp. 1279, 1967.; J. Suits, Review of Scientific Instruments, Vol. 42. No. 1. pp. 19, 1971.; W. Wettling, Applied Optics, Vol. 14. No. 10. pp. 2332,1975.) A 3. ábra a Wollaston vagy Rochon prizmán átbocsátóit sugár polarizációs síkjainak helyzetét, a 4. ábra az eredeti polarizált sugár, valamint a prizma szimmetriatengelyének viszonylagos helyzetét az elforgatott komponensekhez viszonyítva mutatja. A két sugár intenzitásának arányából következtetni lehet a prizmára beeső sugár eredeti polarizációs helyzetére. A prizmára az R nyű irányából beeső I0 intenzitású sugár az S és T irányokba továbbhaladó Ii és I2 intenzitás komponensekre bomlik. A komponensek nagysága Ii =I0 cos(0+yj); I2=I0cos(©-vj). Jelölések: 0 a V szimmetriatengellyel bezárt szög, Kf a beesés szöge a V szimmetriatengelyhez képest, I0, Ii, I2 a megfelelő intenzitás értékek, K geometriai állandó. Levezethető, hogy = K Î1 li+l2 A forgatás mérése visszavezethető a két, fényintenzitással arányos mennyiség különbségének és összegének hányadosára, amely elektronikus áramkörök alkalmazásával előállítható és mérhető. A forgatás szögének mérése az I0 intenzitás változásától - fényérzékeny detektorok lineáris működési tartományán belül — független. Ebből az az előny származik, hogy nem szükséges stabilizált fényfonás alkalmazása, ami további egyszerűsítést jelent. A találmány szerinti berendezés kiviteli alakját az 5. ábra mutatja. A 32 poláros fényfonásból kilépő sugár a mérendő 23 anyagra jut. A mérendő 23 anyagon áthaladó (Faraday-fórgatás) vagy arról reflektálódó (Ken-forgatás) sugár a Wollaston vagy Rochon-féle 24 prizmára jut, ami a beeső polarizált sugarat két komponensre bontja. A két komponens intenzitását a fényérzékeny 25 és 26 detektorok mérik, melyek kimenőfeszültségei a 27 összegező és 28 különbségképző áramkörökre jutnak. Ezek kimenetei a 29 osztó áramkör bemeneteire kerülnek, a 29 osztó áramkör kimenetén a 24 prizma szimmetriatengelye és a beeső 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
