RU2658121C1 - Method for determining the orientation of quantum systems in crystals - Google Patents
Method for determining the orientation of quantum systems in crystals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658121C1 RU2658121C1 RU2017116251A RU2017116251A RU2658121C1 RU 2658121 C1 RU2658121 C1 RU 2658121C1 RU 2017116251 A RU2017116251 A RU 2017116251A RU 2017116251 A RU2017116251 A RU 2017116251A RU 2658121 C1 RU2658121 C1 RU 2658121C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical axis
- orientation
- crystal
- quantum systems
- angle
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 54
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008753 Papaver somniferum Nutrition 0.000 description 1
- 240000001090 Papaver somniferum Species 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при разработке кристаллических оптических элементов лазерной и другой электронно-оптической техники. Более конкретно, предлагаемым методом могут быть определены свойства примесных атомов, ионов, молекул, точечных дефектов и других квантовых систем, определяющие взаимодействие кристаллической среды с внешним оптическим излучением. Эффективность такого взаимодействия зависит от ориентации содержащихся в кристаллах квантовых систем, взаимодействующих с излучением. Поэтому при разработке кристаллических оптических элементов различного назначения необходимо иметь данные об ориентации этих квантовых систем.The invention relates to technical physics and can be used in the development of crystalline optical elements of laser and other electron-optical equipment. More specifically, the proposed method can be used to determine the properties of impurity atoms, ions, molecules, point defects, and other quantum systems that determine the interaction of a crystalline medium with external optical radiation. The effectiveness of this interaction depends on the orientation of the quantum systems contained in the crystals interacting with the radiation. Therefore, when developing crystalline optical elements for various purposes, it is necessary to have data on the orientation of these quantum systems.
Известен способ определения ориентации люминесцирующих центров, в частности, в кристаллах флюорита и фтористого натрия, описанный в книге П.П. Феофилова, стр. 198-219 [Феофилов П.П. Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов. - М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1959. - 288 с.]. Этот способ включает изготовление трех пластинок, вырезанных из кристалла параллельно кристаллографическим плоскостям (100), (110) и (111), возбуждение люминесценции исследуемых квантовых систем в этих пластинках поляризованным оптическим излучением, измерение азимутальных зависимостей степени поляризации люминесценции и определение ориентации центров по виду этих зависимостей на основании сравнения последних с расчетными зависимостями. Данный способ позволяет определять ориентацию квантовых систем в кубических кристаллах. Недостатком этого способа является невозможность его использования для определения ориентации квантовых систем в анизотропных кристаллических средах.A known method for determining the orientation of luminescent centers, in particular in crystals of fluorite and sodium fluoride, described in the book P.P. Feofilova, pp. 198-219 [Feofilov P.P. Polarized luminescence of atoms, molecules and crystals. - M .: State. Publishing House of Phys.-Math. lit., 1959. - 288 p.]. This method includes the manufacture of three plates cut from a crystal parallel to the crystallographic planes (100), (110) and (111), excitation of the luminescence of the studied quantum systems in these plates with polarized optical radiation, measurement of the azimuthal dependences of the degree of polarization of luminescence, and determining the orientation of the centers by the shape of these dependencies based on a comparison of the latter with calculated dependencies. This method allows you to determine the orientation of quantum systems in cubic crystals. The disadvantage of this method is the inability to use it to determine the orientation of quantum systems in anisotropic crystalline media.
В работе М.Е. Спрингиса [М.Е. Спрингис. Применение метода поляризационных отношений для исследования точечных дефектов в кристаллах Δ-Al2О3. - Изв. АН Латв. ССР, сер. физ. и тех. наук. №4. - 1980. - С. 38-46] описан другой способ, предназначенный для определения ориентации люминесцирующих центров в анизотропных кристаллических средах. Этот способ включает изготовление исследуемого образца в форме куба с полированными гранями, при этом оптическую ось ориентируют перпендикулярно одной паре противоположных граней, производят возбуждение люминесценции поочередно вдоль трех осей четвертого порядка этого образца, регистрируют интенсивность люминесценции в направлении, перпендикулярном направлению возбуждающего излучения, и вычисляют по полученным данным величины поляризационных соотношений по формуламIn the work of M.E. Springis [M.E. Springis. Application of the polarization ratio method to study point defects in Δ-Al 2 O 3 crystals. - Izv. Academy of Sciences of Latvia. SSR, ser. physical and those. sciences.
где Iyy, Iyz, Iху и Ixz - измеренные при каждом положении кристалла интенсивности люминесценции. Здесь первый индекс указывает на поляризацию возбуждающего света, второй - на поляризацию люминесценции, прошедшей через анализатор. По полученным значениям поляризационных отношений путем их сравнения с расчетными значениями определяют ориентации дипольных моментов переходов люминесцирующих квантовых систем по отношению к оптической оси кристалла. Ориентация этих дипольных моментов совпадает с ориентацией самих квантовых систем. Недостатком указанного способа является то, что с его помощью определяется только угол между направлением, вдоль которого осциллирует дипольный момент рассматриваемого перехода в квантовой системе, и направлением оптической оси кристалла. При этом угол, определяющий ориентацию проекции данного дипольного момента на плоскость, перпендикулярную оптической оси кристалла, остается неизвестным. Таким образом, описанный метод не позволяет полностью определить ориентацию квантовых систем в одноосных кристаллах.where I yy , I yz , I xy and I xz are the luminescence intensities measured at each position of the crystal. Here, the first index indicates the polarization of the exciting light, the second indicates the polarization of the luminescence transmitted through the analyzer. Based on the obtained values of the polarization ratios, by comparing them with the calculated values, the orientations of the dipole moments of the transitions of the luminescent quantum systems are determined with respect to the optical axis of the crystal. The orientation of these dipole moments coincides with the orientation of the quantum systems themselves. The disadvantage of this method is that it determines only the angle between the direction along which the dipole moment of the transition in the quantum system oscillates and the direction of the optical axis of the crystal. In this case, the angle determining the orientation of the projection of a given dipole moment onto a plane perpendicular to the optical axis of the crystal remains unknown. Thus, the described method does not completely determine the orientation of quantum systems in uniaxial crystals.
Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ, основанный на измерении пространственно-периодических зависимостей интенсивности люминесценции квантовых систем в анизотропных кристаллах, описанный в книге Е.Ф. Мартыновича, стр. 150-155 [Мартынович Е.Ф. Центры окраски в лазерных кристаллах. -Иркутск: изд-во Иркут. ун-та, 2004. - 227 с.]. Для реализации данного способа вырезают кристаллический образец в форме параллелепипеда, ориентированный по отношению к кристаллографическим направлениям так, чтобы оптическая ось была перпендикулярна двум противолежащим граням, далее производят срез кристалла перпендикулярно двум боковым граням под углом 45° относительно оптической оси кристалла. Данный срез и перпендикулярную ему грань полируют. Возбуждение люминесценции производят через полированную грань перпендикулярно оптической оси кристалла, наблюдение - через полированную грань, расположенную под углом 45° относительно оптической оси. Регистрируют продольное, вдоль направления возбуждающего излучения, распределение интенсивности люминесценции, которое имеет пространственно-модулированный характер, измеряют глубину модуляции интенсивности люминесценции и по величине глубины модуляции определяют угол βμ, задающий ориентацию центров по отношению к оптической оси кристалла, используя теоретическую зависимость βμ от глубины модуляции.Closest to the proposed method (prototype) is a method based on measuring spatially periodic dependences of the luminescence intensity of quantum systems in anisotropic crystals, described in the book by E.F. Martynovich, pp. 150-155 [Martynovich E.F. Color centers in laser crystals. -Irkutsk: publishing house Irkut. University, 2004. - 227 p.]. To implement this method, a parallelepiped-shaped crystalline sample is cut, oriented with respect to crystallographic directions so that the optical axis is perpendicular to two opposite faces, then the crystal is cut perpendicular to two side faces at an angle of 45 ° relative to the optical axis of the crystal. This slice and its perpendicular face are polished. Luminescence is excited through a polished face perpendicular to the optical axis of the crystal, and observation through a polished face located at an angle of 45 ° relative to the optical axis. A longitudinal distribution of luminescence intensity, which is spatially modulated, is recorded along the direction of the exciting radiation, the depth of modulation of the luminescence intensity is measured, and the angle β μ is determined by the magnitude of the modulation depth, which determines the orientation of the centers with respect to the optical axis of the crystal using the theoretical dependence of β μ on depth modulation.
Недостатком данного способа является его неоднозначность, состоящая в том, что одному значению глубины модуляции интенсивности люминесценции исследуемых квантовых систем соответствуют две различные ориентации квантовых систем по отношению к оптической оси. Кроме того, данный способ, как и описанный выше способ по Спрингису, не позволяет определить полную ориентацию квантовой системы в кристалле. Он тоже дает значение угла ориентации квантовой системы лишь относительно оптической оси кристалла.The disadvantage of this method is its ambiguity, consisting in the fact that one different value of the modulation depth of the luminescence intensity of the studied quantum systems corresponds to two different orientations of the quantum systems with respect to the optical axis. In addition, this method, as well as the above described method according to Springis, does not allow to determine the full orientation of the quantum system in the crystal. It also gives the value of the angle of orientation of the quantum system only relative to the optical axis of the crystal.
Задачей данного изобретения является разработка способа однозначного измерения полной ориентации люминесцирующих квантовых систем в одноосных кристаллах по глубине пространственной модуляции интенсивности люминесценции. Таким образом, предлагаемый способ должен обеспечить измерение угла βμ ориентации квантовых систем относительно оптической оси кристалла, а также направление проекции этой ориентации на плоскости, перпендикулярной оптической оси. Данная ориентация ниже в тексте задана как угол ημ между осью X введенной системы координат и указанным направлением проекции. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к устранению неоднозначности результатов измерений, присущей прототипу, а также к возможности полного определения ориентации квантовых систем.The objective of the invention is to develop a method for unambiguous measurement of the full orientation of luminescent quantum systems in uniaxial crystals by the depth of spatial modulation of the luminescence intensity. Thus, the proposed method should provide a measurement of the angle β μ of the orientation of quantum systems relative to the optical axis of the crystal, as well as the direction of the projection of this orientation on a plane perpendicular to the optical axis. This orientation is given below in the text as the angle η μ between the X axis of the introduced coordinate system and the indicated projection direction. The technical result that can be achieved using the present invention is to eliminate the ambiguity of the measurement results inherent in the prototype, as well as to the possibility of a complete determination of the orientation of quantum systems.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ определения ориентации квантовых систем в кристаллах.The problem is solved in that a method for determining the orientation of quantum systems in crystals is proposed.
Он включает ряд признаков, общих с вышеописанным прототипом. Как в известном способе, так и в предлагаемом вырезают кристаллический образец с заданной ориентацией оптической оси. Возбуждение фотолюминесценции производят излучением, волновой вектор которого ориентирован перпендикулярно оптической оси кристалла. Регистрируют продольное, вдоль направления возбуждающего излучения, распределение интенсивности люминесценции, которое имеет пространственно-модулированный характер, измеряют глубину модуляции интенсивности люминесценции.It includes a number of features common to the prototype described above. As in the known method, and in the proposed cut out a crystalline sample with a given orientation of the optical axis. Photoluminescence is excited by radiation whose wave vector is oriented perpendicular to the optical axis of the crystal. The longitudinal distribution of the luminescence intensity, which has a spatially modulated character, is recorded along the direction of the exciting radiation, and the depth of modulation of the luminescence intensity is measured.
Технический результат достигается введением новых существенных признаков, а именно:The technical result is achieved by the introduction of new essential features, namely:
- выбором направления наблюдения люминесценции перпендикулярно оптической оси и волновому вектору одновременно;- the choice of the direction of observation of luminescence perpendicular to the optical axis and the wave vector at the same time;
- дополнительной операцией вращения образца относительно оптической оси в ходе измерения глубины модуляции;- an additional operation of rotation of the sample relative to the optical axis during the measurement of the modulation depth;
- нахождением положения образца, в котором глубина модуляции становится равной нулю, такое положение соответствует ориентации по направлению волнового вектора проекции одного из дипольных моментов квантовых переходов на плоскость, перпендикулярную оптической оси;- finding the position of the sample in which the modulation depth becomes equal to zero, this position corresponds to the orientation in the direction of the wave vector of the projection of one of the dipole moments of the quantum transitions onto a plane perpendicular to the optical axis;
- фиксацией направления проекции этого дипольного момента квантового перехода меткой на образце;- fixing the direction of projection of this dipole moment of the quantum transition by a label on the sample;
- определением ориентаций проекций других дипольных моментов с учетом порядка единичной оси симметрии исследуемого кристалла;- determining the projection orientations of other dipole moments, taking into account the order of the unit axis of symmetry of the crystal under study;
- последующим поворотом образца в положение, соответствующее максимальному значению глубины модуляции регистрируемой люминесценции;- subsequent rotation of the sample to a position corresponding to the maximum value of the modulation depth of the recorded luminescence;
- измерением в этом положении зависимости глубины модуляции от угла между оптической осью кристалла и направлением электрического вектора линейно поляризованного возбуждающего излучения;- measuring in this position the dependence of the modulation depth on the angle between the optical axis of the crystal and the direction of the electric vector of the linearly polarized exciting radiation;
- нахождением величины угла, соответствующего максимуму этой зависимости;- finding the value of the angle corresponding to the maximum of this dependence;
- нахождением по величине этого угла с помощью градуировочного графика, полученного расчетным путем, угла βμ ориентации квантовых систем по отношению к оптической оси кристалла.- finding the magnitude of this angle using the calibration graph obtained by calculation, the angle β μ the orientation of the quantum systems with respect to the optical axis of the crystal.
Таким образом, совокупность этих новых признаков в сочетании с известными признаками, присущими прототипу, позволяет полностью и однозначно определить ориентацию квантовых систем в одноосных кристаллических средах.Thus, the combination of these new features, combined with the well-known features inherent in the prototype, allows you to fully and unambiguously determine the orientation of quantum systems in uniaxial crystalline media.
На Фиг. 1 показана схема устройства, с помощью которого реализуют предложенный способ определения ориентации квантовых систем в кристаллах; на Фиг. 2 - взаимная ориентация оптической оси кристалла и направления электрического вектора возбуждающего излучения на входной поверхности линзы 5; на Фиг. 3 - ориентации дипольных моментов переходов, характерные для одноосных кристаллов тригональной сингонии; на Фиг. 4 - взаимная ориентация углов, характеризующих ориентацию дипольных моментов перехода квантовых систем, где βμ - угол между направлением, вдоль которого осциллирует дипольный момент рассматриваемого перехода в квантовой системе, и направлением оптической оси кристалла, а ημ - угол, определяющий ориентацию проекции данного дипольного момента на плоскость XY, перпендикулярную оптической оси кристалла; на Фиг. 5 - зависимость глубины модуляции интенсивности люминесценции от угла ημ при различных ориентациях βμ; на Фиг. 6 - проекции векторов дипольных моментов переходов на плоскость XY; на Фиг. 7 - градуировочный график; на Фиг. 8 - семейство кривых, отображающих зависимость глубины модуляции интенсивности люминесценции m от угла ориентации βE при различных значениях угла βμ.In FIG. 1 shows a diagram of a device using which the proposed method for determining the orientation of quantum systems in crystals is implemented; in FIG. 2 - mutual orientation of the optical axis of the crystal and the direction of the electric vector of the exciting radiation on the input surface of the
Пример 1. Предлагаемый способ может быть реализован на примере определения ориентации центров окраски в одноосных кристаллах тригональной сингонии с радиационно наведенными центрами окраски или примесными центрами. Схема установки представлена на Фиг. 1. Из кристалла вырезают образец 1 в форме полированного цилиндра, в котором оптическая ось направлена вдоль образующей цилиндра. Боковую поверхность цилиндра используют для ввода лазерного излучения, а также вывода и регистрации люминесцентного излучения. Люминесценцию возбуждают через боковую поверхность образца перпендикулярно оптической оси кристалла с помощью лазера 2, электрический вектор βE ориентирован под углом 45° относительно оптической оси кристалла (Фиг. 2). Возбуждаемую этим лазером люминесценцию через боковую поверхность цилиндра регистрируют оптическим микроскопом 3 (Фиг. 1) в направлении, перпендикулярном направлению возбуждающего излучения и оптической оси кристалла, с использованием спектрального фильтра 4, выделяющего люминесценцию исследуемого центра окраски. Для того чтобы волновой фронт при прохождении через цилиндрическую поверхность образца не искажался, используют специальные цилиндрические плоско-вогнутые линзы 5 и 6, выполненные на основе того же материала, что и исследуемый образец. Размер линзы 5 должен быть достаточным для ввода через нее возбуждающего излучения, размер линзы 6 должен быть достаточным для регистрации люминесцирующего канала в образце, вогнутая поверхность линз должна повторять форму боковой поверхности исследуемого цилиндрического образца. Оптическую ось в линзах 5, 6 ориентируют так же, как и в исследуемом образце. Изображение возбужденного лазерным излучением люминесцентного канала в образце 1 формируется микроскопом 3 на его фотоприемной матрице с пространственным разрешением, достаточным для отображения пространственной модуляции интенсивности люминесценции, переправляется в память компьютера 7 и отображается на его экране.Example 1. The proposed method can be implemented by the example of determining the orientation of color centers in uniaxial crystals of trigonal syngony with radiation-induced color centers or impurity centers. The installation diagram is shown in FIG. 1. A sample of 1 in the form of a polished cylinder is cut out of the crystal, in which the optical axis is directed along the generatrix of the cylinder. The lateral surface of the cylinder is used to input laser radiation, as well as the output and registration of luminescent radiation. Luminescence is excited through the side surface of the sample perpendicular to the optical axis of the
Любая возможная ориентация дипольных моментов переходов в кристаллах, имеющих единичную ось симметрии третьего порядка (оптическая ось), будет размножена до 3-х (Фиг. 3). Глубина модуляции интенсивности люминесценции каждого типа квантовых систем в кристалле будет определяться ориентацией векторов дипольных моментов переходов в кристалле (Фиг. 4), а также будет зависеть от таких параметров, как направления возбуждения и наблюдения люминесценции и ориентация электрического вектора возбуждающего излучения (βE). Рассмотрим зависимость глубины модуляции интенсивности люминесценции от угла ημ при различных ориентациях βμ (Фиг.5). Из данного семейства графиков, полученных расчетным путем для случая возбуждения люминесценции вдоль оси Y и наблюдения вдоль оси X с ориентацией электрического вектора под углом βE=45° относительно оптической оси (Фиг. 2), мы видим, что общее поведение глубины модуляции интенсивности люминесценции с изменением угла ημ одинаково при различных ориентациях βμ: начиная с точки 30° с периодом 60° значение глубины модуляции m во всех случаях достигает нуля, начиная с точки 0° с периодом 60° значение глубины модуляции m во всех случаях достигает максимума (интенсивность которого в значительной мере зависит от величины угла βμ). Здесь положения нуля глубины модуляции люминесценции будут соответствовать случаю, когда один из векторов дипольных моментов перехода будет совпадать с осью Y - направлением волнового вектора возбуждающего излучения (Фиг. 6). Эта особенность используется для однозначного определения угла ориентации ημ изучаемых квантовых систем. Для этого в описанной схеме при остальных фиксированных параметрах вращают исследуемый цилиндр до тех пор, пока не достигают положения, в котором отсутствует пространственно-периодические изменения интенсивности люминесценции интересующих нас квантовых систем (иначе говоря, наблюдается непрерывный люминесцирующий канал). В этом положении проекция одного из векторов дипольного момента переходов совпадает с осью Y, вдоль которой направлено возбуждающее излучение. Это положение фиксируют на образце.Any possible orientation of the dipole moments of transitions in crystals having a unit axis of symmetry of the third order (optical axis) will be multiplied to 3 (Fig. 3). The depth of modulation of the luminescence intensity of each type of quantum systems in a crystal will be determined by the orientation of the vectors of dipole moments of transitions in the crystal (Fig. 4), and will also depend on parameters such as the directions of excitation and observation of luminescence and the orientation of the electric vector of exciting radiation (β E ). Consider the dependence of the depth of modulation of the luminescence intensity on the angle η μ for various orientations β μ (Figure 5). From this family of graphs obtained by calculation for the case of luminescence excitation along the Y axis and observation along the X axis with the orientation of the electric vector at an angle β E = 45 ° relative to the optical axis (Fig. 2), we see that the overall behavior of the modulation depth of the luminescence intensity with the angle η μ equally at various orientations β μ: starting at 30 ° to 60 ° with a period value of the modulation depth m in all cases reaches zero, starting from the point of 0 ° to 60 ° with a period value of the modulation depth m in all cases reaches poppy imuma (the intensity of which largely depends on the angle β μ). Here, the zero position of the depth of luminescence modulation will correspond to the case when one of the vectors of the dipole moments of the transition will coincide with the Y axis - the direction of the wave vector of the exciting radiation (Fig. 6). This feature is used to uniquely determine the orientation angle η μ of the studied quantum systems. For this, in the described scheme, with the remaining fixed parameters, the cylinder under study is rotated until it reaches a position in which there are no spatially periodic changes in the luminescence intensity of the quantum systems of interest to us (in other words, a continuous luminescent channel is observed). In this position, the projection of one of the vectors of the transition dipole moment coincides with the Y axis along which the exciting radiation is directed. This position is fixed on the sample.
Следующий этап эксперимента - определение угла ориентации βμ. Исследуемый цилиндр ориентируют так, чтобы угол ориентации проекции дипольного момента перехода ημ либо совпадал с направлением наблюдения люминесценции (ημ=0), либо был равен 60°, так как данные ориентации соответствуют максимальной глубине пространственной модуляции (Фиг. 5). Сориентировав образец, с помощью компьютера и соответствующего программного обеспечения измеряют глубину модуляции интенсивности люминесценции. Повторяя такие измерения для разных значений угла βE между электрическим вектором и оптической осью, строят зависимость глубины модуляции от угла βE. Далее находят значение угла βEmax, соответствующего максимуму этой зависимости, и по величине этого угла, используя градуировочный график (Фиг. 7), предварительно рассчитанный для исследуемого кристалла с учетом его симметрии, определяют угол βμ, характеризующий ориентацию изучаемых центров окраски по отношению к оптической оси. Для построения градуировочного графика рассчитывают семейство зависимостей глубины модуляции интенсивности люминесценции от угла βE (Фиг. 8). Для каждой зависимости этого семейства находят значение угла βЕmax, соответствующее точке максимума, как показано на Фиг. 8. Затем строят градуировочный график (Фиг. 7), связывающий значения βμ, показанные на Фиг. 8, и βEmax.The next stage of the experiment is the determination of the orientation angle β μ . The investigated cylinder is oriented so that the orientation angle of the projection of the dipole moment of the transition η μ either coincides with the direction of observation of the luminescence (η μ = 0), or is equal to 60 °, since these orientations correspond to the maximum depth of spatial modulation (Fig. 5). By orienting the sample, the depth of luminescence intensity modulation is measured using a computer and appropriate software. Repeating such measurements for different values of the angle β E between the electric vector and the optical axis, build the dependence of the modulation depth on the angle β E. Next, find the value of the angle β Emax corresponding to the maximum of this dependence, and using the calibration graph (Fig. 7), previously calculated for the crystal under study, taking into account its symmetry, determine the angle β μ , which characterizes the orientation of the color centers under study with respect to optical axis. To build a calibration graph, a family of dependences of the depth of modulation of the luminescence intensity on the angle β E is calculated (Fig. 8). For each dependence of this family, the angle β Emax corresponding to the maximum point is found, as shown in FIG. 8. Then, a calibration graph is constructed (FIG. 7), linking the β μ values shown in FIG. 8, and β Emax .
Как следует из градуировочного графика, каждому значению угла Реши соответствует единственное значение измеряемой величины - угла βμ, определяющего ориентацию квантовых систем. Таким образом, устраняется неоднозначность в определении угла ориентации, присущая прототипу, а также определен не только угол между направлением, вдоль которого осциллирует дипольный момент рассматриваемого перехода в квантовой системе, и направлением оптической оси кристалла, но и угол, определяющий ориентацию проекции данного дипольного момента на плоскость, перпендикулярную оптической оси кристалла. Следовательно, цель данного изобретения достигнута.As follows from the calibration graph, each value of the Resh angle corresponds to a single value of the measured quantity - the angle β μ , which determines the orientation of quantum systems. Thus, the ambiguity in determining the orientation angle inherent in the prototype is eliminated, and not only the angle between the direction along which the dipole moment of the transition in the quantum system oscillates and the direction of the optical axis of the crystal is determined, but also the angle determining the orientation of the projection of this dipole moment onto a plane perpendicular to the optical axis of the crystal. Therefore, the objective of the present invention has been achieved.
Пример 2. В этом примере исследуемый образец выполнен в форме шара. Его устанавливают в измерительную установку, показанную на Фиг. 1, таким образом, чтобы оптическая ось была ориентирована так же, как и в вышеописанном примере. Линзы 5 и 6 заменяют на плоско-вогнутые сферические. В остальном процедура измерения повторяет процедуру описанного выше варианта предлагаемого способа.Example 2. In this example, the test sample is made in the form of a ball. It is installed in the measuring apparatus shown in FIG. 1, so that the optical axis is oriented in the same way as in the above example.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116251A RU2658121C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Method for determining the orientation of quantum systems in crystals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017116251A RU2658121C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Method for determining the orientation of quantum systems in crystals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658121C1 true RU2658121C1 (en) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017116251A RU2658121C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Method for determining the orientation of quantum systems in crystals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658121C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001048515A2 (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | Nondestructive apparatus and method for detecting molecular orientation in thin films |
| RU2570471C1 (en) * | 2014-12-15 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of determining orientation of nv defects in crystal |
-
2017
- 2017-05-10 RU RU2017116251A patent/RU2658121C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001048515A2 (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | Nondestructive apparatus and method for detecting molecular orientation in thin films |
| RU2570471C1 (en) * | 2014-12-15 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of determining orientation of nv defects in crystal |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Мартынович Е.Ф. "Центры окраски в лазерных кристаллах", Иркутск, ИЗДАТЕЛЬСТВО ИРКУТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА, 2004 г., стр. 150-155. * |
| Мартынович Е.Ф. "Центры окраски в лазерных кристаллах", Иркутск, ИЗДАТЕЛЬСТВО ИРКУТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА, 2004 г., стр. 150-155. С. В. Бойченко, Е. Ф. Мартынович "Определение ориентации единичных квантовых систем методами сканирующей флуоресцентной микроскопии", ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, том 77, No. 1, 2013 г., стр. 41-44. * |
| С. В. Бойченко, Е. Ф. Мартынович "Определение ориентации единичных квантовых систем методами сканирующей флуоресцентной микроскопии", ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, том 77, No. 1, 2013 г., стр. 41-44. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kaminsky et al. | Polarimetric imaging of crystals | |
| WO2015101352A1 (en) | Optical polarisation modulation and detection apparatus and detection method | |
| US20190317173A1 (en) | Methods and apparatus for magnetic particle analysis using diamond magnetic imaging | |
| Shribak et al. | Mapping optical path length and image enhancement using quantitative orientation-independent differential interference contrast microscopy | |
| Brown et al. | Tilt of the electron Fermi surface in Bi | |
| Nakahigashi et al. | Crystal structure of antiferromagnetic NiO determined by X-ray topography | |
| Battison et al. | Ferromagnetism in lithium holmium fluoride-LiHoF4. II. Optical and spectroscopic measurements | |
| US7522278B2 (en) | Real-time linear-birefringence-detecting polarization microscope | |
| CN108572143B (en) | Full polarization measuring microscope | |
| Wilkie et al. | Polarised light in computer graphics | |
| RU2658121C1 (en) | Method for determining the orientation of quantum systems in crystals | |
| Rohleder et al. | The “oriented gas model” and its application to the infrared spectroscopy of molecular crystals | |
| Brosseau | Polarization and coherence optics: historical perspective, status, and future directions | |
| Zawisky et al. | Testing the world's largest monolithic perfect crystal neutron interferometer | |
| Prosnikov et al. | Lattice and magnetic dynamics in the polar, chiral, and incommensurate antiferromagnet Ni 2 InSbO 6 | |
| Guo et al. | Anisotropic stimulated emission cross-section measurement in Nd: YVO4 | |
| Golo et al. | Twisted quasiperiodic textures of biaxial nematic liquid crystals | |
| Beckley et al. | Pupil polarimetry using stress-engineered optical elements | |
| KR100686923B1 (en) | Phase-shifting Method Using Waveplates in Shearography and System for Measuring Deformation Using The Same | |
| JP2006258594A (en) | Automatic double refraction measuring instrument and double refraction measuring method using it | |
| JP2007286011A (en) | Device and method for measuring optical characteristics | |
| RU2506566C1 (en) | METHOD TO DETERMINE PARAMETER OF OPTICAL ANISOTROPY OF SIGMA MATERIAL OF CUBIC MONOCRYSTAL RELATED TO CLASS OF SYMMETRY m3m, OR 432 | |
| Ockman | The infrared-spectra and Raman-spectra of single crystals of ordinary ice | |
| CN109633290A (en) | A kind of microwave field field strength measurement system and measurement method | |
| Cocozzella et al. | Quality inspection of anisotropic scintillating lead tungstate (PbWO4) crystals through measurement of interferometric fringe pattern parameters |