Изобретение относитс к устройствам дл определени показател преломлени твердых тел, в частности показател преломлени полупроводни ков и диэлектриков. Известен р д устройств дл опреде лени показател преломлени на основе использовани влени полного внутреннего отражени (ПВО). Известно устройство, содержащее стекл нную полусферу с показателем тиве, зрительную трубу, поворачиваю щуюс вокруг горизонтальной оси, проход щей через центр полусферы, измерител угла поворота зрительной трубы, слой жидкости с показателем преломлени п., расположенный между горизонтальной поверхностью полусфе ры и полированной поверхностью образца , имеющего показатель преломле ни п, осветитель, дающий пучок схо д щихс световых лучей, причем п п, п Известно также устройство, содер жащее эталонную призму споказателем преломлени п, зрительную трубу, измеритель угла поворота, осветител ную систему, слой жидкости с показа телем преломлени п, помещенный между эталонной призмой и поверхностью образца, имеющего показатель преломлени п, причем 2. Недостаток описанных устройств состоит в том, что показатель преломлени исследуемого вещества не может превосходить показатель преломлени промежуточной жидкости, что ограничивает верхний предел измерений значением 2 . Наиболее близким техническим решением к данному изобретению вл етс устройство дл измерени показател преломлени фотопровод щих материалов , содержащее образец из ф6точувствительного материала в виде клина с преломл ющим углом о, меньшим угла ПВО, с электродами, нанесенными на грань против преломл ющего угла и по ребру преломл ющего угла 3. При этом коэффициент поглощени материала образца удовлетвор ет соотношению /c ff-faj (1) где К - коэффициент поглощени света в исследуемом веществе; йр - прот женность электрода, нанесенного вдоль ребра преломл ющего угла, в направле . НИИ, перпендикул рном ребру Ц - преломл ющий угол клина; X - длина волны, соответствующа красной границе фотоэффекта; С - константа. Недостаток этого устройства состо ит в том, что измерени можно производить только в ограниченной области спектра, а именно в той области, где коэффициент поглощени исследуемого вещества удовлетвор ет соотношению () и одновременно условию возникно:вёни в образце фототока (т.е. на краю полосы поглощени при сравнительно слабых коэффициентах поглощени ). Измерени же в широкой области спектра, где вещество прозрачно и, .следовательно, нефоточувствитель о, посредством этого устройства производить нельз . , Цель изобретени - расширение спектрального диапазона измерени в область прозрачности вещества, где вещество нефоточувствительно. Возможность измерени показател преломлени вне зависимости от того фоточувствителен исследуемый матери ал, или нет, позвол ет также расширить круг измер емых материалов за счет нефоточувствительных. Поставленна , цель достигаетс тем что- в устройство дл определени показател преломлени , содержащее об зазец в вид клина с преломл ющим углом, меньшим угла ПВО, держатель образца, механизм вращенч образца вокруг оси, совпадающей по направле . нию с ребром преломл ющего угла, из меритель угла поворота образца, осве тительную систему, дающую пучок параллельных световых лучей, перпен дикул рный оси вращени , схему регистрации , введены приемник излучени и светонепроницаемый экран, при чем приемник излучени расположен з гра.нью против преломл ющего угла об разца, а экраном частично закрыты две другие грани, начина от грани против преломл ющего угла, при этом moxeli-exp (), () образец имеет геометрические riapa ,метры, св занные с коэффициентом по глощени вещества образца в соответ . ствующем спектральном диапазоне соотношением К i sw (3/2 )/2 е sin d , - длина закрытой экраном части грани образца; gp длина всей грани образц заданные верхний и нижний , соответственно, пр делы измерени показате л преломлени ; (/ - преломл ющий угол образ ца; По - посто нна , равна 2,4; К - коэффициент поглощени исследуемого вещества. Кроме того, в устройство введена ромежуточна среда с показателем реломлени , удовлетвор ющим соотноению де - показатель преломлени материала приемника излучени ; Пдр - показатель преломлени промежуточной среды, наход ща с в оптическом контакте образцом по грани против преломл юего угла и приемником излучени . На фиг. 1 приведена блок-схема устустройства; на фиг. 2 - зависимость .7ах) ) устройства , В данном устройстве образец 1 с преломл ющим углом о(. , меньшим угла ПВО, установлен в держателе 2, выполненном с возможностью освещени обеих боковых граней образца, образующих преломл ющий угол. Посредством механизма вращени 3 осуществл етс поворот образца вокруг оси, совпадаюш.ей по направлению с ребром преломл ющего угла. Угол поворота измер етс измерителем угла поворота 4. Осветительна система 4 обеспечивает освещение образца в процессе его вращени параллельным световым пучком, перпендикул рным оси вращени . На грани против преломл ющего угла расположен приемник излучени 6, который обеспечивает регистрацию светового потока, выход щего через грань против преломл ющего угла-, в выбранном спектральном диапазоне . Приемник включен в схему 7 регистрации зависимости тока от угла поворота образца. Кожух 8 защищает приемник излучени от паразитной подсветки . Светонепроницаемый экран 9 частично закрывает обе боковые граниобразца , начина от грани против преломл ющего угла, и оставл ет открытой часть образца вблизи преломл ющего угла. Благодар экрану в клин попадают только те световые лучи, которые, распростран сь в сторону грани проТИБ преломл ющего угла, претерпевают не менее га отражений, где m -fSo 2a7csin (/п}- /2) (2) и которые при изменении угла падени света на образец от О° до 90 претерпевают ПВО только на гран х образца, образующих преломл ющий угол с/, а на грань против угла о падают под углом, меньшим угла ПВО (это обеспечивает работу устройства в соответствии с положенным в его основу принципом). В св зи с тем, что вещества обладают дисперсией, при измерении в ши- роком спектральном диапазоне следует рассчитывать на изменение показател преломлени в определенных пределах. Поэтому размер экрана определ етс наибольшим из двух соотношений - ((, о-- S (3 . 2 ,,,, .|(n,n i) Соотношение (3) получено в резул тате графического построени в клин световых лучей, удовлетвор ющих (2) и определени на основе этого постр ени в зависимости от п. Соотношение (4) получено из усло ви , что в клин не попадают световы . 1лучи, которые падали бы на грань пр тив преломл ющего угла без отражени между гран ми. По графикам зависимостей (3) и (4), приведенным на фиг..2, можно без вычислени сразу определитьч / по заданным п и Поскольку световой поток на пути к грани против преломл ющего угла должен многократно отразитьс , то на приемник световой сигнал может поступить только в том случае, если свет не поглотитс при распространении внутри образца. Это приводит при выборе спектрального интервала измерений к необходимости соблюдени в этом интервале определенного соот ношени между коэффициентом поглощени вещества и геометрическими параметрами образца, а именно (/za()/fgpSm Дл увеличени полезного сигнала в. пространство между образцом и приемником излучени вводитс промежуточна среда 10 с показателем прелом лени , большим 1 и меньшим показател преломлени приемника излучени , наход ща с с ними в оптическом контакте , т.е. вместо воздушного зазо ,ра (показатель преломлени воздуха между образцом и приемником излучени оказываетс среда с большим пока зателем преломлени . Устройство работает следующим об разом. Часть образца 1, закрепленного в держателе 2, не закрыта экраном 9, освещена посредством осветительной, системы 5. Часть светового потока, попадающа внутрь образца, выходит из него через грань против преломл ю щего угла, проходит через воздушный зазор (либо через промежуточную сре ду 10, наход щуюс в оптическом кон такте с образцом и приемником излучени ), попадает в приемник излучени б, защищенный от паразитной под светки кожухом 8. Схема регистрации 7 регистрирует зависимость тока при емника излучени от угла поворота образца, вращаемого механизмом 3. И меритель угла поворота 4 измер ет минимальный угол поворота между двум соседними скачками фототока, которые соответствуют моментам начала и окончани ПВО светового потока от граней, образующих преломл ющий угол, что и требуетс дл определени показател преломлени исследуемого вещества. Работа предлагаемого устройства была проверена экспериментально путем измерени показател преломлени . As S в области длин волн 0,8-1,4 мкм, где невозможны измерени посредством устройства, вз того в качестве прототипа , так как в этой области не обладает фоточувствительностью. Эффективность введени промежуточ ой среды дл увеличени полезного сигнала доказана экспериментально при измерении показател преломлени As.Sj и GaAs. В случае в качестве промежуточной среды используют канадский бальзам (пср-1,5)., величина сигнала при этом возрастает в 2,7 раза. В случае GaAs в качестве промежуточной среды используют халькогенидное стекло As, (показатель преломлени больше 2) величина сигнала при этом вырастает в 4,7 раза по сравнению с сигналом, зарегистрированным при наличии между GaAs и приемником излучени воздушного промежутка. . Показатель преломлени промежуточной среды должен быть меньше показател преломлени материала приемника излучени дл того, чтобы на их . границе не возникало ПВО. При введении промежуточной среды величина сигнала возрастает потому, что коэффициент отражени от границ образец-промежуточна среда и промежуточна среда-приемник излучени меньше, чем от границ образец-воздух и воздух-приемник излучени ; предельный угол ПВО дл границы образецпромежуточна среда больше, чем предельный угол ПВО дл границы образец-воздух , в результате п в выражении (3) увеличиваетс с 2, 4 до 2,4пс,р, поэтому необходимый в соответствии с (3) размер закрываемой экраном части образца будет меньше, чем позвол ет при введении промежуточной среды уменьшать размер экрана и тем самым увеличивать полезный сигнал, последнее существенно, если устройство предназначено дл измерени сильно преломл ющих материалов, когда определ етс соотношением (3). Данное устройство позвол ет расширить спектральный диапазон измерений показател преломлени в область прозрачности вещества, как правило, составл ющей несколько микрометров , в то врем как устройством, вз тым в качестве прототипа, можноThe invention relates to devices for determining the refractive index of solids, in particular the refractive index of semiconductors and dielectrics. A number of devices for determining the refractive index are known based on the use of the phenomenon of total internal reflection. It is known a device comprising a glass hemisphere with a tiva indicator, a telescope rotating around a horizontal axis passing through the center of the hemisphere, a telescope rotation angle meter, a layer of refractive liquid fluid between the horizontal surface of the hemisphere and the polished surface of the sample having a refractive index n, an illuminator, giving a beam of converging light rays, and n p, n A device is also known that contains a reference prism with a refractive index p, a telescope, a rotation angle meter, an illuminating system, a layer of liquid with a refractive index p placed between the reference prism and the surface of a sample having a refractive index p, and 2. The drawback of the described devices is that the refractive index of the test substance cannot exceed the refractive index of the intermediate fluid, which limits the upper limit of measurement to 2. The closest technical solution to this invention is a device for measuring the refractive index of photoconductive materials, containing a sample of f6 sensitive material in the form of a wedge with a refractive angle o, smaller than the anti-aircraft angle, with electrodes applied on the face against the refractive angle and along the edge of the refractive index angle 3. At the same time, the absorption coefficient of the sample material satisfies the relation / c ff-faj (1) where K is the light absorption coefficient in the test substance; ip is the length of the electrode deposited along the edge of the refractive angle in the direction. SRI, perpendicular to the rib C, the refracting angle of the wedge; X is the wavelength corresponding to the red border of the photo effect; C is a constant. The disadvantage of this device is that measurements can be made only in a limited region of the spectrum, namely in the area where the absorption coefficient of the test substance satisfies the relation () and at the same time the condition arises: waves in the photocurrent sample (i.e., on the edge absorption bands with relatively weak absorption coefficients). Measurements in a wide spectral region, where the substance is transparent and, therefore, a non-photosensitive device, cannot be produced with this device. The purpose of the invention is the expansion of the spectral range of measurement in the field of transparency of the substance where the substance is not sensitive. The ability to measure the refractive index, regardless of whether the material under study is photosensitive or not, also allows the range of measured materials to be expanded to include non-photosensitive materials. The goal is achieved by the fact that a device for determining the refractive index, containing a wedge-shaped wedge with a refractive angle smaller than the PVO angle, the sample holder, the sample rotating mechanism around an axis that coincides in direction. with the edge of the refractive angle, from the measure of the angle of rotation of the sample, the illumination system, which gives a beam of parallel light rays, perpendicular to the axis of rotation, the recording circuit, the radiation receiver and the light-tight screen are inserted, and the radiation receiver is located opposite the refractive index Two other faces are partially covered by the screen, starting from the face against the refracting angle, while the moxeli-exp (), () sample has geometric riapa, meters, associated with the absorption coefficient of the substance of the sample, respectively. The following spectral range is the ratio К i sw (3/2) / 2 е sin d, is the length of the part of the sample face closed by the screen; gp is the length of the entire face of the specimens given by the upper and lower, respectively, for measuring the refractive index; (/ is the refractive angle of the sample; Constant; equal to 2.4; K is the absorption coefficient of the test substance. In addition, a medium with a relativity index that satisfies the relation de is the refractive index of the radiation receiver material; - the refractive index of the intermediate medium that is in optical contact with the sample on the face against the angle of refraction and the radiation receiver. In Fig. 1 is a block diagram of the device; Fig. 2 shows the dependence .7 (x)) of the device; with A reradual angle o (., smaller than the air defense angle, is mounted in a holder 2 configured to illuminate both side faces of the sample forming a refractive angle. The rotation mechanism 3 rotates the sample around the axis coinciding with the edge Angle. The angle of rotation is measured by the angle of rotation meter 4. The illumination system 4 provides illumination of the sample during its rotation with a parallel light beam perpendicular to the axis of rotation. A radiation detector 6 is located on the face against the refractive angle, which detects the luminous flux going out through the face against the refracting angle in the selected spectral range. The receiver is included in the scheme 7 of the registration of the dependence of the current on the angle of rotation of the sample. The housing 8 protects the radiation receiver from spurious illumination. The light-tight screen 9 partially covers both side faces of the specimen, starting from the face against the refracting angle, and leaves a portion of the specimen close to the refracting angle. Thanks to the screen, only those light rays that, extending towards the edge of the protIB of the refracting angle, undergo at least ha of reflections, where m is So 2a7csin (/ n} - / 2) (2) and which change as the angle of incidence the light on the sample from 0 ° to 90 undergoes air defense only on the edges of the sample, forming a refractive angle c /, and face down against the angle o at an angle less than the air defense angle (this ensures the device operates in accordance with its principle) . Due to the fact that substances possess a dispersion, when measured over a wide spectral range, one should expect a change in the refractive index within certain limits. Therefore, the screen size is determined by the largest of the two ratios - ((, o-- S (3. 2 ,,,,. | (N, ni)) The relation (3) is obtained in the result of the graphical construction of light rays in the wedge that satisfy ( 2) and definitions based on this posture, depending on p. Relation (4) is obtained from the condition that no light rays enter the wedge, which would fall on the face of the refractive angle without reflection between the facets. dependencies (3) and (4), shown in Fig. 2, you can immediately determine, without calculating, by the given n and, since the light flux on the path to the face against the refractive angle must be reflected repeatedly, then the light signal can be received at the receiver only if the light is not absorbed when it propagates inside the sample, which, when choosing the spectral measurement interval, makes it necessary to observe a certain ratio between this ratio absorption of the substance and the geometric parameters of the sample, namely (/ za () / fgpSm To increase the useful signal in. the space between the sample and the radiation receiver is introduced into intermediate medium 10 with a refractive index greater than 1 and a smaller refractive index of the radiation receiver which is in optical contact with them, i.e. instead of air gap, pa (the refractive index of air between the sample and the radiation detector is a medium with a large refractive index. The device works as follows. Part of sample 1 fixed in holder 2, not covered by screen 9, is illuminated by means of an illumination system 5. Part the light flux entering the sample, out of it through the face against the refractive angle, passes through the air gap (or through intermediate medium 10, which is in optical contact with the sample and receiver neither) enters the radiation receiver b, protected from the stray light by the housing 8. The detection circuit 7 records the dependence of the radiation receiver current on the angle of rotation of the sample rotated by mechanism 3. And the angle meter 4 measures the minimum angle of rotation between two adjacent photocurrent jumps which correspond to the beginning and end of the air defense of the light flux from the edges forming a refractive angle, which is required to determine the refractive index of the test substance. The operation of the proposed device was verified experimentally by measuring the refractive index. As S in the wavelength region of 0.8-1.4 µm, where measurements are impossible using the device, taken as a prototype, since it does not have photosensitivity in this area. The efficiency of introducing an intermediate medium to increase the useful signal was experimentally proven by measuring the refractive index of As.Sj and GaAs. In the case, Canadian balsam (psr-1.5) is used as an intermediate medium. The signal size thus increases by 2.7 times. In the case of GaAs, chalcogenide glass As is used as the intermediate medium (the refractive index is greater than 2) the signal magnitude increases 4.7 times as compared with the signal recorded when there is an air gap between the GaAs and the radiation detector. . The refractive index of the intermediate medium must be less than the refractive index of the material of the radiation receiver in order for them. the border did not arise air defense. With the introduction of an intermediate medium, the magnitude of the signal increases because the reflection coefficient from the sample-intermediate borders and the intermediate radiation-receiving medium is less than that from the sample-air borders and the air receiving radiation; the marginal angle of air defense for the border of the sample, the intermediate medium is larger than the limiting angle of air defense for the border of the sample-air, as a result, n in expression (3) increases from 2, 4 to 2.4 ps, p, therefore the size of the screen to be closed portions of the sample will be smaller than when the intermediate medium is introduced to reduce the screen size and thereby increase the useful signal, the latter is essential if the device is intended to measure highly refractive materials when determined by relation (3). This device allows the spectral range of refractive index measurements to be extended to the transparency of a substance, as a rule, which is several micrometers, while the device, taken as a prototype, can be
производить измерени только в узкой области спектра, составл ющей сотые доли микрометра, где исследуемый материал фоточувствителен при сравнительно слабом поглощении.make measurements only in a narrow region of the spectrum constituting hundredths of a micrometer, where the material under study is photosensitive with relatively weak absorption.
Данное устройство позвол ет также расширить круг измер емых материалов за счет нефоточувствительных, посколку в отличие от устройства, вз того в качестве прототипа, фоточувствительность материала не вл етс об зательным условием измерений.This device also allows you to expand the range of measured materials due to non-photosensitive, scattering in contrast to the device, taken as a prototype, the photosensitivity of the material is not a necessary condition for measurement.
Введение в устройство промежуточной среды между образцом и приемником излучени позвол ет увеличить полезный сигнал в несколько раз (2-5 раз) в зависимости от величины показател , преломлени образца и промежуточной среды.Introducing an intermediate medium between the sample and the radiation receiver into the device allows the useful signal to be increased several times (2-5 times) depending on the value of the index, the refraction of the sample and the intermediate medium.