Дослідження поляризаційних характеристик тонких плівок нітрид титана і прополісу

(2.6),

а відлік .

6. Пучок після чверть хвильової пластинки пропускаємо крізь поляроїд, розташований як в четвертому вимірюванні, тоді для пучка що пройшов отримуємо:

(2.7),

і відлік . Різниця

.

Таким чином, виконуючи вказані шість вимірювань величин, пропорційних яскравості світлового пучка, який пройшов крізь систему поляроїд-чвертьхвильової пластинки з певним азимутом їх головних площин, знаходимо значення його чотирьох параметрів Стокса.

Проведений аналіз похибок експерименту показує, що керуючись шириною смуги похибок, які визначають перетворення між лінійними формами поляризації розсіяного і опромінюючого пучків з ймовірністю 99,7% відхилення від дійсних величин не буде перевищувати 0,06, а для взаємоперетворень світлових потоків циркулярної (еліптичної) форм поляризації компонент - 0,09 їх приведених значень.

2.3 Умови проведення досліджень

Комплекс проведених досліджень включав наступні експериментальні ситуації:

1. Геометрія досліду -- а) опромінення тонких плівок прополісу і TiN по нормалі; б) опромінювання поверхні плівки прополісу під кутом 40 градусі; в) вимірювання інтенсивності розсіюванного випромінювання в області кутів від 10 до 50 (70) градусів.

2. Використання при опроміненні зразків лінійно поляризованого випромінювання з азимутами 0 і 45 градусів і лівоциркульрного поляризованого випромінювання.

2.4 Графіки по результатам проведених досліджень

Рис. 2.3. Кутовий розподіл параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою ТіN (джерело 45^о)



Рис. 2.4. Кутовий розподіл параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою ТіN (джерело Л)

Рис. 2.5. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І_п+І_л) розсіяного плівкою ТіN (джерело 0^о)



Рис. 2.6. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І_п+І_л) розсіяного плівкою ТіN (джерело 45^о)

Рис. 2.7. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І_п+І_л) розсіяного плівкою ТіN (джерело Л)



Рис. 2.8. Кутовий розподіл параметру І_л / І_п розсіяного плівкою ТіN (джерело 0^о)

Рис. 2.9. Кутовий розподіл параметру І_л / І_п розсіяного плівкою ТіN (джерело 45^о)



Рис. 2.10. Кутовий розподіл параметру І₀ / І₉₀ розсіяного плівкою ТіN (джерело Л)

Рис. 2.11. Кутовий розподіл параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою прополюса (джерело 45^о)



Рис. 2.12. Кутовий розподіл параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою прополюса (джерело Л)

Рис. 2.13. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І_п+І_л) розсіяного плівкою прополюса (джерело 45^о)



Рис. 2.14. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою прополюса (джерело 45^о)

Рис. 2.15. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою прополюса (джерело Л)



Рис. 2.16. Кутовий розподіл параметру І_л / І_п розсіяного плівкою прополюса (джерело 0^о)

Рис. 2.17. Кутовий розподіл параметру І_л / І_п розсіяного плівкою прополюса (джерело 45^о)



Рис. 2.18. Кутовий розподіл параметру І₀ / І₉₀ розсіяного плівкою прополюса (джерело Л)

Рис. 2.19. Кутовий розподіл параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою про полюса під кутом 40^о (джерело Л)



Рис. 2.20. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І_п+І_л) розсіяного плівкою про полюса під кутом 40^о (джерело Л)

Рис. 2.21. Кутовий розподіл параметру (І_п-І_л) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою про полюса під кутом 40^о (джерело Л)

2.5 Аналіз отриманих результатів експерименту

Спочатку проведемо аналіз отриманих результатів дослідження розсіювання поляризованого випромінюванн різного виду і азимуту поляризації плівками TiN.

Для параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) розсіяного плівкою випромінювання, що відповідає значенню його другого параметра Стокса, при опроміненні лінійно (азимут 45) і циркулярно (ліве) поляризованими світловими потоками (рис.2.3 і рис.2.4) слід відзначити практично однакову закономірність їх залежності в області кутів розсіювання вперед. Величина вказаного відношення (другого параметрк Стокса) послідовно зменшується зі збільшенням кута розсіювання. Таку закономірність можна пояснити зростаючою долею у розсіяному плівкою TiN випромінюванні вертикально поляризованої компоненти І₉₀ по відношенню до значення у ньому горизонтально компоненти І_0.

Але, при цьому слід відмітити , що, хоча і незначним чином, при циркулярній формі поляризації опромінюючого світлового потоку фіксується більш динамічне зменшення вказаного вище параметру розсіяного плівкою випромінювання (0,35-рис.2.3 і 0,45- рис.2.4)

На рис. 2.5 - 2.6 на ведені результати дослідження кутового розподілу параметру розсіяного випромінювання повязанного з його циркулярно поляризованими складовими (І_п-І_л) / (І_п+І_л) при азимуті поляризації опромінюючого світлового потоку 0 і 45 (рис. 2.5 і рис. 2.6 відповідно), а також ліво циркулярно поляризованому (рис. 2.7). Слід зазначити, що при малократному розсіюванні плівкою падаючого випромінювання вказаний параметр відповідає четвертому параметру Стокса осіянного потоку.Згідно наведених графіків спостерігається суттєва залежність закономірностей кутового розподілу вказаного параметру від стану поляризації падаючого світлового потоку. Зміна азимута лінійної поляризації опромінення плівки нітрид титану (рис. 2.5 - 0 і рис. 2.6 - 45) приводить практично до протилежних закономірностей (при горизонтальному азимуті маємо збільшення значення досліджємого параметру зі збільшенням кута розсіювання, а при вертикальному - зменшення). Цікаво, що подібна закономірність кутової залежності (зменшення параметру (І_п-І_л) / (І_п+І_л) зі збільшенням кута розсіювання) спостерігається і при ліво циркулярно поляризованному опроміненні плівки (рис. 2.7).

Окремий цикл досліджень був проведений стосовно виявлення закономірностей кутового розподілу співвідношення чисто циркулярних форм поляризації розсіяного плівкою нітрид титану (лівої правої) при різних азимутах лінійної поляризації опромінюючого плівку світлового потоку (рис. 2.8, рис. 2.9). Згідно отриманих результатів маємо практично дзеркальність кривих, що характеризують вказаний розподіл параметру розсіяного випромінювання, коли при нульовому азимуті поляризації (І_л / І_п) падаючого на плівку потоку у області малих кутів розсіювання (від 5 до20 градусів) відмічається зростання значенн я (І_л / І_п) , потім його стабілізація (область від 20 до 50-ти градусів) і, далі (область 50-75 градусів)- зменшення, а при опроміненні лінійно поляризованим потоком з азимутом 45 градусів (рис. 2.9) спостерігається протилежна закономірність у області кутів розсіювання від 5 до 20 - ти градусів і у області від 50 - ти до 75 - ти градусів.

На рис. 2.10 маємо експериментальну ситуацію опромінення тонкої плівки нітрид прополюсу ліво циркулярно поляризованим випромінюванням а в області кутів розсіювання вперед фіксуємо кутовий розподіл відношення лінійно поляризованих компонент І₀ / І₉₀. При цьому відмічається суттєва перевага зі збільшенням кута розсіювання інтенсивності горизонтально лінійно поляризованої компоненти розсіяного випромінювання над інтенсивністю вертикально лінійно поляризованого випромінювання. Таку суттєву перевагу І₀ над І₉₀ можна пояснити наявністю ефекту повороту площини поляризації падаючого випромінювання у матеріалі тонкої плівки нітрид титану.

Подальші дослідження відносяться до тонких плівок прополюса. На рис. 2.11 і рис. 2.12 наведені закономірності кутового розподілу параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) розсіяного тонкою плівкою прополюса при її опроміненні лінійно поляризованим випромінювання з азимутом 45 градусів (рис. 2.11) і ліво циркулярно поляризованим (рис. 2.12). Зазначимо подібність вказаних закономірностей, відмітивши, що аналогічно плівкам нітрид титану, динаміка зменшення параметру (І₀-І₉₀) / (І₀+І₉₀) зі збільшенням величини кута розсіювання переважна при ліво циркулярно поляризованому опроміненні плівки прополюсу.

Для циркулярно поляризованих компонент розсіяного випромінювання у вигляді відношення (І_п-І_л) / (І_п+І_л) при лінійно поляризованому опроміненні плівки з азимутом 45 градусів (рис. 2.13) відмічаємо незначні величини вказаного параметру разом із незначними його змінами (середнє значення цього параметру знаходиться на рівні 0,1 - аналогічний параметр у подібній експериментальній ситуації мав значення на рівні 0,65 (рис. 2.6)). Практича подібність закономірностей кутового розподілу параметрів (І_п-І_л) / (І_п+І_л) і (І_п-І_л) / (І₀+І₉₀) відповідно рис. 2.13 і рис. 2.14 разом із практичо однаковими їх середніми значеннями вказує на відсутність у даній експериментальній ситуації ефектів багаторазового розсіювання.

Значно більші значення параметру (І_п-І_л) / (І₀+І₉₀) розсіяного тонкою плівкою прополюса спостерігаються при її опроміненні ліво циркулярно поляризованим світловим потоком (рис. 2.15).

Для відношення ліво-і правоциркулярних компонент розсіяного тонкою плівкою про полюса випромінювання (І_л / І_п) при її опроміненні лінійно поляризованими світловими потоками азимутами поляризації 0 і 45 градусів (рис. 2.16 і рис. 2.17) спостерігаються подібні закономірності їх кутового розподілу. Значення величин вказаного розподілу, навіть при кутах розсіювання, які відповідають їх максимуму, не перевищують одиниці.Оцінка кутового розподілу подібного відношення але для горизонтально і вертикально лінійно поляризованих компонент розсіяного плівкою випромінювання (І₀/ І₉₀) при її опроміненні ліво циркулярно поляризованим світловим потоком дає максимальне його значення на рівні 2,45 у області кутів розсіювання порядку 55 градусів (рис. 2.18).

На рис. 2.19 - 2.21 наведені результати започаткованих нами досліджень кутового розподілу відповідних параметрів розсіяного тонкою плівкою прополюсу при її опроміненні під кутом до нормалі при різних станах поляризації падаючого світлового потоку.

Підсумовуючи отримані нами результати експериментального дослідження закономірностей розсіювання тонкими плівками нітрид титану і прополюсу світлових потоків з різним станом їх поляризації слід зауважити наявність досить суттєвих відмінностей між кутовими розподілами досліджуваних параметрів розсіяних світлових потоків різних типів і станів поляризації.

Цілком можливо, що відмінності у механізмах розсіювання світлових потоків різних станів поляризації тонкими плівками елементів гетероструктурних фотодетекторів буде супроводжуватися різним значенням величини їх інтегральної та спектральної фото чутливості.

3. Техніка безпеки при роботі з лазерами

Фізіологічні ефекти впливу лазерного випромінювання. Знання харак-теру фізіологічних змін та їх зв'язку з енергетичними, спектральними, тимчасовими і просторовими характеристиками випромінювання, а також з оптичними, теплофізичними і фотохімічними властивостями опромінюваних тканин і органів дають основу для вироблення певних норм для допустимих інтенсивностей і доз опромінення, які не завдають шкоди здоров'ю людини . Очевидно, що в міру отримання нових знань у цій області та накопичення досвіду клінічних досліджень ці норми можуть істотно змінюватися як у бік менших, так і великих рівнів інтенсивності та доз опромінення, можуть зміщуватися і спектральні кордони шкідливого для людини випромінювання.

Нормування лазерного випромінювання. При нормуванні лазерного випромінювання, що представляє небезпеку для людини, існують два основні підходи. Один з них викладений у стандарті ANSI-Z-136-1 (США), інший - в санітарних нормах і правилах пристрою і експлуатації лазерів N 2392-81 (СРСР) [П. 19, П. 35, 6]. Стандарт США представляє гранично допустимі рівні (ПДУ) випромінювання у вигляді таблиць і графіків, що охоплюють спектральний діапазон випромінювання лазерів 200 нм - 103 мкм, діапазон тривалостей впливу від 10 "8 до 10е с при опроміненні очей і шкіри. ПДУ визначаються, виходячи з спостережуваних ушкоджень в 50% випадків опромінення, з коефіцієнтом запасу до 10 щодо цього рівня. ПДУ опромінення в УФ і ІЧ областях спектрускладають 10_3-1 Дж/см2 залежно від тривалості опромінення. У видимій області спектра стандарт нормує опромінення рогівки коллімірованним пучком світла, відповідну поразці сітківки. При імпульсному опроміненні граничні норми становлять 5-10-7-1,0 Дж/см2, а при безперервному-10 "4-10 ~ в Вт/см2. Норми для опромінення шкіри знаходяться в межах 10" 3-1 Дж/см2 г для інтегральної енергетичної яскравості у видимій області спектра - в межах 10-3-103 Дж / (см2 * ср). Санітарні норми СРСР передбачають в УФ області ПДУ сумарною енергетичною експозиції рогівки ока, одержуваної персоналом за загальний час опромінювання протягом робочого дня, в межах 10-8-2 -10-3 Дж/см2. Для видимого та ІЧ випромінювання ПДУ енергетичної експозиції рогівки ока при діаметрі зіниці 7 мм для одиночних імпульсів випромінювання тривалістю від 10-9 до 1,0 з лежать в межах 2,2 '10-6-1 ,2-10-2 Дж/см2 . Для сітківки санітарні норми передбачають сумарну енергетичну експозицію в діапазоні довжин хвиль 400-750 нм, - отримувану персоналом за робочий день, не вище 4-10-5 - 3 * 104 Дж при фонової освітленості рогівки в межах 10-2-105 лк. Згідно [П. 351, перерахунок на рогівку ока дає відповідний мінімальний ПДУ 2,7 -10 "11 Вт/см2,, що істотно нижче значення, що дається стандартом США. Для шкіри при опроміненні протягом часу 3-104 з-в УФ і видимій областях спектру ПДУ змінюється в межах 2-10-3-8-103 Дж/см2.

3.1 Основні правила техніки безпеки

При роботі з лазерами необхідно забезпечити такі умови роботи, при яких не перевищуються гранично допустимі рівні опромінення очей і шкіри. Заходи безпеки полягають у створенні захисних екранів, каналізації лазерного випромінювання по світловода, використанні захисних окулярів та ін. Захисні окуляри повинні бути ретельно підібрані залежно від робочої довжини хвилі лазерного світла та їх спектр пропускання перевірений. Окуляри повинні ефективно пригнічувати випромінювання на лазерній довжині хвилі, проте по можливості не бути занадто темними.

Велику небезпеку становить відбите і розсіяне випромінювання, особливо невидиме (УФ та ІЧ), оскільки напрямок відбитого випромінювання (наприклад, від металевих деталей установки) може бути зовсім довільним і змінюватися в процесі вимірювань неконтрольованим чином. Дифузне відображення (наприклад, від стін приміщення) і розсіювання світла самим досліджуваним тілом, що характерно для біологічних об'єктів дає випромінювання з усіх напрямків, і в принципі в приміщенні можуть бути відсутні безпечні зони. Для дифузного віддзеркалення і розсіювання характерно, що на відстанях порядку розмірів лабораторної кімнати щільність потужності на сітківці не залежить від відстані до об'єкта розсіювання. Це пов'язано з тим, що щільність потужності на сітківці зменшується з збільшенням відстані від об'єкта , також фокальна пляма на сітківці при цьому також зменшується. Для усунення розглянутих ефектів необхідно чорнити деталі експериментальних установок, по можливості захищати їх непрозорими екранами, робити спеціальне фарбування або обробку стін лабораторії.

При використанні лазерів видимого діапазону малої потужності потрібні попереджувальні світлові табло або написи про роботу з лазерами. Для безперервних лазерів потужністю 1-5 мВт бажано виконання ряду заходів, серед яких захист очей, робота в спеціальному приміщенні, обмеження шляху променя, попереджувальні написи, навчання операторів і пр. Для лазерів середньої потужності ці заходи вже обов'язкові. При застосуванні потужних лазерів, крім перерахованих вище заходів, необхідно контролювати приміщення і систему попередження, забезпечувати дистанційне включення, управління роботою і блокування харчування.

Рекомендується навчання правилам техніки безпеки і періодичне медичне обстеження персоналу, що обслуговує лазерні установки.

Висновок

На основі проведеного аналітичного огляду науково-технічної літератури і експериментальних досліджень можна зробити наступні висновки:

1. Прополюс , як біологічно і оптично активна речовина являється актуальним матеріалом реалізаціїї елементів гетероконтакту фотодетекторів.

2. Матриця розсіювання світла 10% спиртового розчину прополюсу в основному характерна для оптично ізотропного середовища з незначними проявами лінійного дихроїзму.

3. Закономірності кутового розподілу компоненти f33 дозволяють стверджувати, що ефективний розмір оптичних неоднорідностей розчину прополюсу знаходиться в межах 1,5 - 2мкм

4. Мінімальне значення компоненти f22 на рівні 0,6 вказує на досить суттєве відхилення форми розсіюючих часток розчину прополюса від сферичної

Список літератури

1. Solovan M.N. Electrical and Optical Properties of TiO₂ and TiO₂:Fe Thin Films / M.N. Solovan, P.D. Maryanchuk, V.V. Brus, O.A. Parfenyuk // Inorganic Materials., - 2012. - Vol. 48. №10. - P. 1026-1032.

2. Brus V.V. Electrical and photoelectrical properties of photosensitive heterojunctions n-TiO₂/p-CdTe / V.V. Brus, M.I. Ilashchuk, Z.D. Kovalyuk, P.D. Maryanchuk, K.S. Ulyanytskiy // Semiconductor Science and Technology. - 2011. - Vol. 26. - 125006.

3. Brus V.V. Open-circuit analysis of thin film heterojunction solar cells / V.V. Brus // Solar Energy, - 2012. - Vol. 86. - P. 1600-1604.

4. Brus V. V. Propolis films for hybrid biomaterial-inorganic electronics and optoelectronics V. V. Brus, L. J. Pidkamin, M. I. Ilashchuk, P. D. Maryanchuk, Applied Optics - 2014. - Vol. 53. - P. 121-127.

5. Солован М.Н. Кинетические свойства тонких пленок ТiN полученных методом реактивного магнетронного распыления / М.Н. Солован, В.В. Брус, П.Д. Марьянчук, Т.Т.Ковалюк, J. Rappich, M. Gluba // ФТT.- 2013. - Том 55, Вып. 11. - С. 2123 - 2127.

6. Солован М.Н. Электрические и фотоэлектрические свойства анизотипных гетеропереходов n-TiN/p-Si / М.Н. Солован, В.В. Брус, П.Д. Марьянчук // ФТП. - 2013. - Том 27, Вып. 9. -С. 1185 - 1190.

7. Солован М.Н. Електрические свойства анизотипных гетеропереходов n-ТіN/p-Hg₃In₂Te₆/ М.Н. Солован, Э.В. Майструк, В.В. Брус, П.Д. Марьянчук // Письма в ЖТФ.- 2014. - Том 40, Вып. 6. - С. 1 - 6.

8. Солован М.М. Вплив товщини тонкої плівки ТіN на її електричні властивості / М.М. Солован, В.В. Брус, П.Д. Мар'янчук, А.М. Кафанов // Тези доповідей Шістнадцятої відкритої науково-технічної конференції Інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки Національного університету «Львівська політехніка» з проблем електроніки, м.Львів, Україна, 2-4 квітня, 2013, с. 70.

9. Підкамінь Л.Й. “Модельний експеримент з дослідження поляризаційних характеристик атмосферних утворень.”/ Підкамінь Л.Й., Архелюк О.Д., Земленов Є.С., Науковий вісник “Фізика. Електроніка”, випуск 268, с. 76-80, Чернівці 2005.

10. Arkhelyuk A. Characteristics investigations of surface and volumetrical scattering of the polarised radiation by a layer of oriented particls./ А. Arkhelyuk, L. Podkamen, V.Glibka. SPIE Proc., 2004, v.5477, P171-176.

11. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. - Москва: Мир, 1981. - T. 1. - 280 с.

12. Angelsky O. V., Buchkovsky I. A., Magun I. I., Maksimyak P. P., Perun T. O. Optical correlation diagnosti- cs of rough surfaces // Proc. SPIE. - 1992. - 1723. - P. 413-418.

13. Солован М.М. Структурные и кинетические свойства тонких пленок ТiN / М.М. Солован, В.В.Брус, П.Д. Мар'янчук, J. Rappich, M. Gluba // Тези доповідей на VI міжнародній науковій конференції «Актуальные проблемы Физики Твердого Тела» ФТТ-2013 м. Мінськ, Білорусь, 15-18 жовтня, 2013, С. 191-193.

14. Солован М.Н., Брус В.В., Марьянчук П.Д. Електричні й фотоелектричні властивості анизотипных гетеропереходів n-Tin/p-si // ФТП. 2013. Тому 47. №9. C. 1185- 1190.

15. Brus V.V. Electrical and photoelectrical properties of photosensitive heterojunctions n-Tio₂/p-Cdte // Semiconductor Science and Technology. 2011. V. 26. Р. 125006.

16. Brus V.V. Open-circuit analysis of thin film heterojunction solar cells // Solar Energy. 2012. V. 86. P. 1600-1604.

17. Solovan M.N. Maryanchuk P.D., Brus V.V., Parfenyuk O.A. Electrical and Optical Properties of Tio₂ and Tio₂:Fe Thin Films // Inorganic Materials. 2012. V. 48. №10. Р. 1026-1032

18. Солован М.М. Електричні та оптичні властивості тонких плівок ТiN / М.М. Солован, В.В. Брус, П.Д. Мар'янчук // Тези доповідей Конференції молодих вчених з фізики напівпровідників «Лашкарьовські читання 2013», м.Київ, Україна, 2-4 квітня, 2013, С. 153-154.

19. Andrievskia R.A., Dashevskyb Z.M., Kalinnikova G.V. Conductivity and the Hall Coefficient of Nanostructured Titanium Nitride Films // Technical Physics Letters. 2004.V. 30. № 11, Р. 930-932.

Размещено на Allbest.ru