РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ П’ЄЗООПТИЧНИХ ТА ПРУЖНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
КРИСТАЛІВ
2.1. Установка для п’єзооптичних досліджень
В даній роботі п’єзооптичні вимірювання проводилися на установці з
використанням інтерферометра Маха-Цендера (рис. 2.1) [55]. Як джерело Рис. 2.1.
Схема установки для п’єзооптичних досліджень: ЛГ - лазер, Д1 та Д2 - дзеркала,
НП1 та НП2 - напівпрозорі пластини, ФзП – чвертьхвильова пластина, П -
поляризатор, А - аналізатор, ТУ – тискова установка, Зр-зразок, Л - лінза, ФП -
фотоприймач, ВП - вимірювальний пристрій.
випромінювання використовувався He-Ne лазер з довжиною хвилі l=632,8 нм.
Світловий пучок після виходу з лазера розщеплювався напівпрозорою пластинкою
НП1, утворюючи два плеча інтерферометра. В одному з плечей лазерного
інтерферометра розміщали послідовно чвертьхвильову пластинку l/4, поляризатор П
та тискову установку для передачі на досліджуваний кристал одновісного тиску.
Напівпрозора пластинка НП2 скеровує обидва промені на
щілину Щ. Між пластинкою НП2 і щілиною знаходиться зв’язаний з поляризатором П
аналізатор А; для збільшення інтерференційної
картини використовується лінза Л. Виділена щілиною картина падає на фотоприймач
ФП (фотодіод ФД-256), причому інтенсивність виділеної ділянки реєструється на
вимірювальному приладі ВП (в даній роботі - мікроамперметр Ф-195).
При вимірюванні абсолютних п’єзооптичних коефіцієнтів pkj дія одновісного тиску
приводить до п’єзоіндукованих змін оптичного шляху, які реєструвались
вимірювальним приладом ВП.
Конструкція установки дозволяла вимірювати абсолютні
п’єзооптичні коефіцієнти pkj інтерферометричним методом і п’єзооптичні
коефіцієнти індукованого двозаломлення p*ij поляризаційно-оптичним методом без
зміни положення зразка та здійснити їх порівняння згідно
[55, 56]:
p*ij = pkjn3k - phjn3h , (2.1)
де nk, nh – показники заломлення, індекси k, h – напрям поляризації, j, i –
напрям тиску, поширення світла, відповідно.
При вимірюванні поляризаційно-оптичним методом ставилась шторка Ш, яка
відсікала промінь ІІ. При цьому на вимірювальному приладі ВП реєструвались
п’єзоіндуковані зміни різниці ходу.
2.2. Апаратура для ультразвукових досліджень
Для досліджень пружних властивостей кристалів використовувався метод
накладання ехо-імпульсів (метод Пападакіса [57]), перевагою якого серед інших
ультразвукових методів є можливість проводити дослідження в околі ФП, при
суттєвому загасанні акустичних хвиль.
Схема реалізованої на основі цього методу установки представлена на рис. 2.2.
Генератор 1 задає прямокутні імпульси, частота повторення яких Рис. 2.2. Схема
установки для дослідження швидкостей акустичних хвиль:
1 - задаючий генератор, 2 - подільник частоти, 3 - імпульсний генератор, 4 -
п’єзоперетворювач, 5 - досліджуваний кристал, 6 - селективний підсилювач, 7 -
осцилограф, 8 - частотомір, 9 - генератор подвійних імпульсів.
після подільника частоти 2 зменшується в 100 разів. Останні запускають
імпульсний генератор 3, який виробляє імпульс, достатній для
збудження п’єзоперетворювача 4. Після багатократного відбивання від
плоскопаралельних граней зразка 5 на п’єзоперетворювачі отримувався сигнал у
вигляді спадаючих за амплітудами відбитих ехо-імпульсів. Після підсилення
резонансним підсилювачем 6 сигнал подавався на вхід осцилографа 7. Для
суміщення вибраних ехо-імпульсів на осцилограф з генератора 1 подавали
синхронізуючий сигнал, частота якого відповідала суміщенню даних ехо-імпульсів;
зображення інших відбитих ехо-імпульсів гасилось генератором подвійних
імпульсів 9, використовуючи для цього Z-вхід осцилографа.
Швидкість УЗХ визначалась згідно співвідношення:
V = 2Nfl, (2.2)
де N - різниця номерів двох суміщених ехо-імпульсів, f - частота синхронізації
осцилографа, l - довжина кристалу.
Відносна похибка вимірювання швидкостей складає 10-4, абсолютна – 0,5%. При
вимірюванні використовувались прилади: осцилограф С1-99, електронно-лічильний
частотомір Ч3-34А, а в якості задаючого генератора - генератор низькочастотний
Г3-112. Температурні дослідження проводились при повільному охолодженні камери
парами рідкого азоту із швидкістю 0,1К/хв. В останню поміщали кристал і
п’єзоперетворювач. Зміни температури реєструвались мідь-константановою
термопарою, один кінець якої опускали в термос із льодом, а другий був
підведений до кристалу, та вольтметра В7-21А.
В якості п’єзоперетворювачів для збудження поперечних хвиль використовувались
Y+163° - зрізи кристалів LiNbO3; для поздовжніх хвиль -Y+36° - зрізи цих же
кристалів. П’єзоперетворювачі були розраховані
на частоту 10 МГц, їх діаметр складав 3 мм. На пластинки методом термічного
напилення у вакуумі були нанесені мідні або срібні електроди.
Кристали “нежорстко” приклеювались до п’єзоперетворювачів склейкою, що
забезпечувало проходження акустичного сигналу в кристал і його прийом
п’єзоперетворювачем. В якості склейки для поздовжніх хвиль використовувалось
силіконове масло або ж суміш рівних частин трансформаторного масла та бензину.
Для поперечних УЗХ використовувались наступні проміжні речовини:
епоксидна смола - 230 - 330 К;
силіконове масло - 190 - 270 К;
трансформаторне масло - 150 - 240 К.
Вказані матеріали забезпечували хороший акустичний контакт в широкому інтервалі
температур.
2.3. Установки високого гідростатичного тиску для акустичних досліджень
В роботі представлені результати, що були отримані з використанням установок
для ультразвукових досліджень в умовах високих гідростатичних тисків. Швидкості
УЗХ вимірювались за описаним методом накладання ехо-імпульсів.
Зображена на рис. 2.3 ус
- Київ+380960830922