LT4625B - Feroelektrinių kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės ir jos histerizės matavimo įrenginys - Google Patents

Description

Išradimas priklauso optikos sričiai ir gali būti pritaikytas feroelektrinių kristalų optinių savybių ir fazinių virsmų tyrimui.

Žinomas kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės matavimo įrenginys, susidedantis iš šviesos šaltinio, monochromatoriaus, šviesos poliarizatoriaus, kriostato su bandinio laikikliu, temperatūros matuoklio, analizatoriaus, fotoimtuvo, registratoriaus (buv. TSRS a.l. Nr. 807079). Šiame įrenginyje keičiant bandinio temperatūrą T, registratorius užrašo praėjusios pro analizatorių šviesos intensyvumo / temperatūrinę priklausomybę 7(7). Žinant praėjusios šviesos pro analizatorių temperatūrinę priklausomybę I(T) ir prėjusio pro analizatorių didžiausio intensyvumo vertę 7₀, randamas dviejų tarpusavyje statmenų dvejopo lūžio Δη sukurtų tiesiškai poliarizuotų bangų, fazių skirtumas Δφ, o po to ir fazių skirtumo temperatūrinė priklausomybė Δφ(Γ).

Iš lygties ₄ ΊπΔηΙ

-Τ'kur Δφ - fazių skirtumas, Δη - dvejopas lūžis, l - bandinio storis, randama dvejopo lūžio temperatūrinė priklausomybė Δη(T).

Taip pat žinomas feroelektrinių kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės matavimo įrenginys, susidedantis iš šviesos šaltinio, monochromatoriaus, poliarizatoriaus, kristalo su bandinio laikikliu, temperatūros matuoklio, kompensatoriaus, analizatoriaus, fotoimtuvo ir dvikordinačio registratoriaus (buv. TSRS a.l. Nr.566150). Šiame įrenginyje iš bandinio išeina dvi tarpusavyje statmenos dvejopo lūžio J// sukurtos tiesiškai poliarizuotos bangos, turinčios fazių skirtumą Δφ. Kompensatorius atstato dvejopo lūžio zl/? sukurtą fazių skirtumą Δφ, kurio dydis matomas kompensatoriaus skalėje.

Aukščiau minėtuose dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės matavimo įrenginiuose Δφ{Τ) ir Δη(Τ) matavimo paklaidas sukelia sekančios priežastys';

1. Praėjusios pro analizatorių šviesos intensyvumas [(T) silpnai priklauso nuo temperatūros srityje arti Δφ « n y (/7=0,1,2,3...).

2. Praėjusios pro bandinį ir analizatorių šviesos intensyvumas 7^(7) priklauso nuo bandinio temperatūros, nes bandinio sugerties koeficientas priklauso nuo temperatūros.

3. Šviesos intensyvumų I ir I„ svyravimus sukelia šviesos šaltinio nestabilumai duodantys Δφ nestabilumus.

Išradimo tikslas - fazių skirtumo Δφ(Τ) ir dvejopo lūžio /1//(7) temperatūrinės priklausomybės nustatymo tikslumo padidinimas.

Minėtas tikslas pasiekiamas feroelektrinių kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės /1//(7) matavimo Įrenginiu, susidedančiu iš šviesos šaltinio (1), monochromatoriaus (2), šviesos poliarizatoriaus (3), kriostato (4) su jame įtaisytu bandinio laikikliu ir temperatūros matuokliu (5), kompensatoriaus ir analizatoriaus (7), fotoimtuvo (8) ir dvikoordinačio registratoriaus (19). Papildomai įstatyti antruoju šviesos spinduliu optiškai sujungti antrasis fotoimtuvas (9) ir vietoje kompensatoriaus pastatyta λ/4

J fazinė plokštelė (6). Fotoimtuvų (8, 9) išėjimai sujungti su sumatoriaus (10, 11) pirmaisiais įėjimais, o jų antrieji įėjimai sujungti su analoginio skaitmeninio bloko (12) pirmaisiais išėjimais. Sumatorių blokų (10, 11) išėjimai sujungti su įtampų dalybos blokų (13, 14) ir analoginio - skaitmeninio bloko (12) pirmaisiais įėjimais. Analoginio - skaitmeninio bloko (12) antrieji išėjimai sujungti su įtampų dalybos blokų (13, 14) antraisiais įėjimais. įtampų dalybos blokų (13, 14) išėjimai sujungti su kvadratūrinių signalų blokų (15, 16) įėjimais, kurių išėjimai sujungti su specialaus fazių skirtumo Δφ matuoklio 18 pirmaisiais įėjimais, kurio antrieji įėjimai sujungti su kvadratūrinių signalų blokų (15, 16) įėjimais. Fazių skirtumo Δφ matuoklio (18) ir temperatūros matuoklio (5) išėjimai sujungti su dvikoordinačio registratoriaus (19) dviem įėjimais.

Siūlomas feroelektrinių kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės matavimo įrenginys turi didesnį fazių skirtumo zly?(7) ir dvejopo lūžio /1/7(7) matavimo tikslumą nes registravimui panaudojamas trikampio formos, susidedantis iš tiesinių dalių, U_T signalas, kurio amplitudė nepriklauso nuo bandinio temperatūros.Šis trikampio formos U_T signalas paduodamas į specialų fazių skirtumo zlęX7) matuoklį, kuris sukuria signalą proporcingą Δφ(Γ) arba /1/7(7) ir įvertina Δφ ir /1/7 ženklą. Dinaminis, nenutrūkstamas bandinio temperatūros keitimas, panaudojant specialųjį fazių skirtumo zlęįT) matuoklį, išryškina Δφ(Τ) ir /1/7(7) smulkiąją struktūrą ir padidina histerezės kilpos matavimo tikslumą fazinio virsmo srityje.

Išradimas aiškinamas brėžiniais, kur fig 1 - siūlomo įrenginio blokinė schema, fig 2 - signalo priklausomybė nuo Δφ (nuo fotoimtuvų (8, 9) iki įtampų dalybos blokų (13, 14)), fig 3 - signalo priklausomybė nuo Δφ (nuo įtampų dalybos blokų (13, 14) iki registratoriaus (19)).

Siūlomas feroelektrinių kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės Δη(Τ) matavimo įrenginys susideda iš optiškai sujungtų šviesos šaltinio (1), monochromatoriaus (2), poliarizatoriaus (3), kriostato (4), su jame įtaisytu bandinio laikikliu (5), λ/4 fazinės plokštelės (6), analizatoriaus (7), dviejų fotoimtuvų (8, 9) prie kurių išėjimų prijungti dviejų sumatorių blokų (10, 11) pirmieji įėjimai, o jų antrieji išėjimai prijungti prie analoginio skaitmeninio bloko (12) įėjimų ir įtampų dalybos blokų (13, 14) pirmųjų įėjimų. Analoginio - skaitmeninio bloko (12) pirmieji išėjimai sujungti su sumatorių blokų (10, 11) antraisiais įėjimais, o analoginio - skaitmeninio bloko (12) antrieji išėjimai sujungti su įtampų dalybos blokų (13, 14) antraisiais įėjimais. Įtampų dalybos blokų (13, 14) išėjimai sujungti su kvadratūrinių signalų blokų (15, 16) įėjimais ir Δφ matuoklio (18) pirmaisiais įėjimais. Kvadratūrinių signalų (15, 16) išėjimai sujungti su trikampio formos signalo Ur formavimo bloko (17) įėjimais, kurio išėjimai sujungti su Δφ matuoklio (18) antraisiais įėjimais. Δφ matuoklio (18) išėjimas sujungtas su dvikoordinačio registratoriaus (19) pirmuoju įėjimu. Dvikoordinačio registratoriaus (19) antras įėjimas sujungtas su temperatūros matuoklio (5) išėjimu. Bandinys dedamas į kriostate (4) įrengtą bandinio laikiklį.

Įrenginys veikia sekančiai. Iš šaltinio (1) balta šviesa patenka į monochromatorių (2), kur išskiriamas tam tikro bangos ilgio λ spindulys, poliarizuotas poliarizatoriumi (3). Pirmasis šviesos spindulys kriostate (4) patenka į anizotropinį kristalą. Kristale dėl dvejopo lūžio Δη susikuria tarpusavyje statmenos tiesiškai poliarizuotos bangos, tarp kurių fazių skirtumas

Δφ. Praeinant antram šviesos spinduliui per λ/4 fazinę plokštelę (6) (λ monochromatinės šviesos bangos ilgis), tarp dviejų tarpusavyje statmenų tiesiškai poliarizuotų bangų atsiranda papildomas fazių skirtumas, lygus 90°=π/2. Analizatorius (7) dvi statmenas tarpusavyje bangas paverčia į dvi koherentines interferuojančias bangas (vyksta poliarizuotos šviesos interferencija). Fotoimtuvai (8, 9) sukuria du elektrinius signalus J] ir U₂. Fotoimtuvas (9) sukuria signalą Uį=24cos²Δφ /2, o fotoimtuvas (8) signalą f/2=24cos²(zlr/? /2-π/4), kur 24 - signalų U\ ir lh amplitudė, Δφ - dviejų tarpusavyje statmenų tiesiškai poliarizuotų bangų fazių skirtumas. Fotoimtuvų (8, 9) išėjime veikiantys signalai (Fig. 2 - 1 (a, b)) paduodami į sumatorių (10, 11) pirmuosius įėjimus. Signalai U\ ir U2 sudaryti iš pastoviosios A ir kintamųjų komponenčių dcoszlę?, 4cos(zlę>- π/2):

kur 24 - signalų U\ ir U₂ amplitudė, Δφ - fazių skirtumas.

Tam, kad panaikinti signaluose U\ ir U₂ pastoviąją komponentę 4 kurios vertė lygi amplitudei, iš analoginio - skaitmeninio bloko (12) pirmųjų išėjimų į sumatorių blokų (10, 11) antruosius įėjimus paduodamas neigiamas signalas, kurio vertė lygi amplitudei (-4). Atlikus signalų L'i ir U₂ ir (-4) suinavimų iš sumatorių blokų (10, 11) išėjimų išeina signalai (lig. 2 - 2 (a, b)):

U, = 4 cosAę?,

U, - A cos

A sin Δφ, kur/1 - signalų U\ ir U₂ amplitudė, Δφ- fazių skirtumas.

Kintant bandinio temperatūrai T amplitudė A kinta. Įtampų dalybos blokai (13, 14) ir analoginis - skaitmeninis blokas (12) atlieka dalybos operaciją U[ !A ir U₂ /A.

Tokiu būdu įtampos dalybos blokų (13, 14) pirmo ir antro išėjimuose veikia signalai (fig. 3 - 1 (a, b)): pirmame išėjime U\ i=coszlę?, antrame i/v2⁼sinzly7, kur Δφ- fazių skirtumas.

Signalai i ir Č(v2 paduodami į kvadratūrinių signalų blokų (15, 16) įėjimus. Šiuose blokuose (15, 16) atliekamas dvipusis lyginimas (f g. 3 - 2 (a, b)). Signalai iš blokų (15, 16) paduodami į trikampio formos signalo U_T formavimo bloko (17) įėjimus. Bloke (17) atliekama atėmimo operacija ir gaunasi trikampio formos signalas

Ur⁼| s inzl ζή-i coszl (Ą, kur Δφ - fazių skirtumas. Šios operacijos dėka gauto trikampio formos signalo U-f (fg. 3 - 3), tiesiškumas fazių skirtumo intervale Δφ =±45° yra apie 2%. Trikampio formos signalas Uj paduodamas į Δφ matuoklio (18) pirmuosius įėjimus, o į antruosius Δφ matuoklio (18) įėjimus iš įtampų dalybos blokų (13, 14) išėjimų paduodami signalai U_t\- į ir U,\2- Δφ matuoklyje (18) iš trikampio fonuos signalo U_T gaunamas signalas υ_Δφ tiesiai proporcingas Δφ (fg. 3 4). Signalas υ_Δφ iš Δφ matuoklio (18) išėjimo paduodamas į dvikoordinačio registratoriaus (19) pinnajį įėjimą, o į antrąjį dvikoordinačio registratoriaus (19) įėjimą paduodamas signalas iš temperatūros matuoklio (5) išėjimo. Dvikoordinatis registratorius (19) nubrėžia grafiką Δφ{T) arba Δη('Γ).

Kadangi feroelektrinių kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės matavimo įrenginys gali matuoti Δη(Τ) temperatūrai augant ir mažėjant, tai jis gali būti panaudotas zl/?(7) histerezės tyrimui. Pagal Διι{Γ) eigos pobūdį ir histerezės kilpos dydį sprendžiama apie fazinio virsmo rūšį ir tipą (pirmos arba antros rūšies faziniai virsmai, kriziniai faziniai virsmai).

Siūlomas įrenginys, palyginus su kitais panašaus tipo aukščiau aprašytais įrenginiais, turi didesnį Δφ(Γ) arba Δη(Τ) matavimo tikslumą dėl sekančių priežaščių:

1. Signalų (7,v , =cos/l<į>, U,\- ₂ =sin/lę? ir U_T =|sin/l<p) - Įcos/l^ amplitudės nepriklauso nuo bandinio temperatūros. Signalas G)·, kuris paduodamas į Δφ matuoklį, sudarytas iš tiesinių Δφ{Τ) priklausomybių. Tokiu būdu Δφ^Γ) matavimo tikslumas nepriklauso nuo temperatūros intervalo dydžio ΔΤ.

2. Panaudotas specialus Δφ(Τ) matuoklis, kuris sukuria signalą tiesiai proporcingą Δφ(Γ). Matuoklis, įvertindamas Δφ ženklą, padidina histerezės kilpos matavimo tikslumą fazinio virsmo srityje.

3. Įrenginys matuoja Δφ^Γ) arba /1//(73, kai tiriamojo feroelektrinio kristalo temperatūra kinta labai lėtai (0,1 °C per 1 min.) ir nenutrūkstamai. Toks dinaminis temperatūros režimas išryškina zlę\7) arba /1//(7) smulkiąją struktūrą ir padidina matavimo tikslumą.

4. Automatizuotas elektrooptinis įrenginys, neturintis judančių mechaninių mazgų, jautriau ir tiksliai reguoja į Δφ(7) pokyčius, palengvina įrenginio montažą ir jo suderinimą mažiausiai matavimo paklaidai.

5. Įrenginio elektrooptinė schema parinkta taip, kad šviesos šaltinio nestabilumai neturi įtakos į Zkz(7j matavimo tikslumą. Tai sudaro galimybes sumažinti įrenginio matmenis, naudojant vietoje baltos šviesos šaltinio ir monochromatoriaus puslaidininkinį keičiamo bangos ilgio lazerį.

Claims (1)

1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS

   Feroelektrinių kristalų dvejopo lūžio temperatūrinės priklausomybės matavimo įrenginys, susidedantis iš optiškai sujungtų šviesos šaltinio (1), monochromatoriaus (2), šviesos poliarizatoriaus (3), kriostato (4) su jame įtaisytu bandinio laikikliu ir temperatūros matuokliu (5), analizatoriaus (7), fotoimtuvo (8) ir dvikoordinačio registratoriaus (19), besiskiriantis tuo, kad papildomai įstatyti antruoju šviesos spinduliu optiškai sujungti antrasis fotoimtuvas (9) ir prieš analizatorių pastatyta Λ/4 fazinė plokštelė (6), fotoimtuvų (8, 9) išėjimai sujungti su sumatorių (10, 11) pirmaisiais įėjimais, o jų antrieji įėjimai sujungti su analoginio - skaitmeninio bloko (12) pirmaisiais išėjimais, sumatorių blokų (10, 11) išėjimai sujungti su įtampų dalybos blokų (13, 14) ir analoginio - skaitmeninio bloko (12) pirmaisiais įėjimais, analoginio - skaitmeninio bloko (12) antrieji išėjimai sujungti su įtampų dalybos blokų (13, 14) antraisiais įėjimais, įtampų dalybos blokų (13, 14) išėjimai sujungti su kvadratūrinių signalų blokų (15, 16) įėjimais, kurių išėjimai sujungti su trikampio signalo formavimo bloko (17) įėjimais, kurio išėjimai sujungti su specialaus fazių skirtumo Δφ matuoklio (18) pirmaisiais įėjimais, kurio antrieji įėjimai sujungti su kvadratūrinių signalų blokų (15, 16) įėjimais, fazių skirtumo Δφ matuoklio (18) ir temperatūros matuoklio (5) išėjimai sujungti su dvikoordinačio registratoriaus (19) dviem įėjimais.