РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ УСТАНОВКИ
2.1.Метод дослідження показників заломлення і спектрів пропускання
Показники заломлення кристалів ?-BaB2O4, ?-BaB2O4, Li2B4O7 та CsLiB6O10 досліджувались імерсійним методом Обреїмова та методом призми. Кристали орієнтувались у два етапи: спочатку оптичним методом - за виглядом коноскопічних картин (таким чином визначалась орієнтація осі Z), а потім рентгенівським методом для визначення орієнтації осей X та Y. Для проведення дослідження дисперсії показників заломлення у видимій області спектру методом Обреїмова, алмазними пилками вирізались пластинки кристалів, перпендикулярні до однієї з кристалофізичних осей X або Y, після чого вони шліфувались та полірувались за допомогою алмазних паст. Дисперсія показників заломлення досліджувалась з використанням імерсійних рідин та за допомогою спектрофотометра ДФС-52. В основі методу порівняння показників заломлення досліджуваного кристалу та імерсійної рідини лежить метод смужки Бекке. Спочатку зразок у вигляді плоскопаралельної пластинки встановлювався під кутом до падаючого світла, при цьому спостерігалася смужка Бекке. Змінюючи довжину світлової хвилі за допомогою монохроматора добиваємося суміщення цієї смужки з краєм кристалу, що відповідає зрівнюванню показників заломлення кристалу та імерсійної рідини на відповідній довжині хвилі. Після цього зразок встановлювався перпендикулярно до падаючого пучка монохроматичного світла, при цьому внаслідок дифракції світла на межі зразок - рідина спостерігалася система паралельних до краю зразка максимумів і мінімумів, які визначаються різницею ходу між променями ?, що пройшли через зразок і через імерсійну рідину:
? = d(nр - nзр) =k?, (2.1)
де d - товщина зразка, nр та nзр - показники заломлення імерсійної рідини та кристалу, k - порядок дифракційного максимуму. Нульовому максимуму відповідає точка рівності показників заломлення, коли різниця ходу ? = 0. При плавній зміні довжини хвилі край кристалу темніє, а потім спостерігається просвітлення, яке відповідає першому дифракційному максимуму k = 1 на довжині хвилі ?1, потім k = 2 для ?2 і т.д. Провівши виміри довжин хвиль для всіх доступних спостереженню дифракційних максимумів по обидва боки нульового максимуму, з формули (2.1) розраховувались значення різниці показників заломлення кристалу та імерсійної рідини для цих довжин хвиль. Знаючи дисперсійну залежність показника заломлення імерсійної рідини проводився розрахунок показників заломлення досліджуваного зразка.
В результаті проведених досліджень була отримана дисперсійна залежність показників заломлення кристалів у спектральному діапазоні 453 - 642нм. Точність вимірювання показників заломлення імерсійним методом Обреїмова 2?10-4. Для перевірки та узгодження результатів були проведені вимірювання показників заломлення кристалів на довжині хвилі 632,8 нм методом призми. Для цього, з досліджуваних кристалів вирізались призми з розмірами: висота - 5мм, довжина сторони призми - 8мм. Призми були зорієнтовані таким чином, що оптична вісь була перпендикулярною до основи призми. Оскільки вимірювання показників заломлення у широкій спектральній області 0,2-3,5мкм пов'язане зі значними експериментальними труднощами, нами була проведена апроксимація показників заломлення у даному спектральному діапазоні за допомогою формули Зельмейєра.
Дослідження спектрів пропускання кристалів боратів проводилось на зразках з розмірами 10?10?0,2мм. Для вивчення спектрів пропускання в області вакуумного ультрафіолету (140 - 220нм) використовувався спектрофотометр "McPherson VUV 2000" з використанням азотної атмосфери. В області довжин хвиль 200 - 1100 нм використовувався спектрофотометр СФ-56. В інфрачервоній області спектру дослідження проводились за допомогою спектрофотометрів СФ-20 (330-1500нм) і "Specord 75IR" (2500-25000нм).
2.2. Методика досліджень порогу оптичного руйнування
Вимірювання порогу оптичного руйнування кристалів звичайно проводиться з використанням сфокусованого оптичного випромінювання високої потужності. В наших дослідженнях використовувався імпульсний Nd3+ лазер з довжиною хвилі 1,06мкм, з енергією випромінювання 60мДж в імпульсі та тривалістю імпульсу ( = 6нс. Оптичне випромінювання від імпульсного лазера (2) (рис. 2.1) з модульованою добротністю ЛТІ-237С фокусувалось лінзою (4) в площині досліджуваного кристалу (5). Для послаблення енергії лазерного випромінювання використовувався набір скляних пластин і нейтральних світлофільтрів. Кожна скляна пластина зменшувала потужність випромінювання внаслідок Френелівського відбивання приблизно на 8%. Потужність імпульсного лазерного випромінювання контролювалась оптичним вимірювачем потужності ІМО-1Н.
Для визначення розмірів перетяжки лазерного променя проводились вимірювання розподілу інтенсивності пучка за допомогою однокоординатної рухомої шторки з наступною апроксимацією отриманих даних гауссівським інтегралом. Отриманий діаметр перетяжки становив 140мкм по рівню інтенсивності 1/е2. За визначеним розміром перетяжки та виміряною потужністю лазерного випромінювання проводився розрахунок максимального значення інтенсивності в центрі сфокусованого пучка.
Рис. 2.1. Схема експериментальної установки для
дослідження порогу оптичного руйнування кристалів
1 - He-Ne лазер,
2 - імпульсний лазер,
3 - набір скляних пластин,
4 - фокусуючи лінза,
5 - досліджуваний зразок,
6 - лінза,
7 - екран.
Для визначення змін досліджуваних кристалів, викликаних потужним лазерним випромінюванням нижче порогу руйнування, проводилось спостереження змін спеклової структури випромінювання лінійно-поляризованого випромінювання He-Ne лазера з довжиною хвилі 0,633мкм. Для цього світловий пучок від лазера 1 проходив через всю оптичну систему, включаючи резонатор імпульсного лазера і розсіювався на зразку. Розсіяне світло створювало спеклову структуру, яка проектувалася на екран або фотокамеру.
Аналіз оптичного руйнування, яке наставал
- Київ+380960830922