Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов поляриметрических измерений 9
1.1. Методика поляриметрических измерений 9
1.2. Спектральные поляриметрические измерения. 14
1.3. Точность поляриметрических измерений 16
1.4. Основные результаты первой главы 23
Глава 2. Оптическая схема спектрополяриметра 25
2.1. Перестраиваемый лазер 25
2,2. Поляризационные призмы 29
2.3. Ячейка Фарадея 30
2.4. Приемники излучения 33
2.5. Система контроля частоты излучения лазера 35
2.6. Общая компоновка спектрополяриметра.. 38
Глава 3. Радиоэлектронная аппаратура спектрополя риметра 41
3.1. Общие принципы построения радиоэлектронных систем спектрополяриметра 41
3.2. Канал компенсации и регистрации вращения 46
3.3. Канал синхронизации лазерных интерферо метров 51
3.4. Канал привязки частоты лазера к линии поглощения 57
3.5. Канал привязки частоты лазера к контуру фарадеевского вращения 63
3.6. Управление режимами работы спектрополя риметра 70
3.7. Конструкция радиоэлектронной аппаратуры 75
Глава 4. Изучение аппаратного вращения на спектропо-ляриметре 82
4.1. Интерференционный механизм аппаратного вращения 83
4.2. Аппаратное вращение в поляризационных призмах 91
4.3. Одномодовый световод 104
Глава 5. Исследование оптической активности в парах атомарного висмута 113
5.1. Эффект Фарадея в парах висмута 113
5.2. Ложные эффекты в парах висмута 115
5.3. Измерения оптической активности в парах висмута 123
5.4. Обсуждение результатов измерений 130
Заключение 139
Приложение 141
Литература 143
- Спектральные поляриметрические измерения.
- Система контроля частоты излучения лазера
- Канал привязки частоты лазера к контуру фарадеевского вращения
- Аппаратное вращение в поляризационных призмах
Введение к работе
Появление лазеров - источников яркого когерентного излучения - дало мощный стимул развитию многих областей оптической спектроскопии. Применение лазеров позволяет увеличить чувствительность и спектральное разрешение поляриметров и сейчас с их помощью решается широкий круг экспериментальных задач. На спе-ктрополяриметрах изучают сверхтонкую структуру спектральных линий /I/ и дисперсию нелинейной восприимчивости /2/, проводят точные измерения сил осцилляторов атомных переходов /З/. В ряде "тонких" экспериментов возникает необходимость измерять весьма малые вращения плоскости поляризации света. Для измерения увлечения света движущейся средой необходимо регистрировать вращение на уровне 10 радиан /4/. Такая чувствительность позволит также обнаруживать малые примеси атомов (концентрация 10 см , поглощение 10 см"1) /5/.
Аналогичные требования к измерению малых вращений возникают в связи с поисками эффектов несохранения четности в атомах. Имеется в виду поиск слабых взаимодействий электронов и нуклонов, предсказанных единой теорией электрослабых взаимодействий Вейн-берга-Салама. Обычно задачи такого рода решают на ускорителях методами физики высоких энергий. Однако в работе Бушиа /6/ было показано, что в тяжелых атомах слабое взаимодействие электронов с нуклонами возрастает настолько, что можно надеяться зарегистрировать его оптическими методами. Такое обнаружение было бы важным подтверждением теории электрослабых взаимодействий в области малых энергий, полученным независимо от физики элементарных частиц.
Возможность наблюдения в атоме слабого взаимодействия связана с присущим ему нарушением четности ( Parity Non Conservation сокращенно PNC ), на что впервые обратил внимание Я.Б.Зельдович в 1959 году /7/. Несохраняющее четность слабое взаимодействие перемешивает в атоме состояния с разной четностью, например к S -состоянию подмешивается р -состояние. Вследствие малой величины слабого взаимодействия по сравнению с электромагнитным коэффициент примеси состояний противоположной четности невелик (- 10" в тяжелых атомах). Однако в результате у атома появляется совершенно новое качество - он по-разному взаимодействует с фотонами правой и левой круговой поляризации, то есть возникают круговой дихроизм /6/ и оптическая активность /8/. Анализ показывает, что оптическую активность удобно наблюдать на маг-нитно-дипольных переходах. Спектральная зависимость угла поворота плоскости поляризации имеет дисперсионный характер, как и показатель преломления п(ио) fD Ы- [иЫ- ]-Л (B.I)
Здесь L - длина светового пути, X - длина волны, а безразмерный параметр R равен отношению матричных элементов примешивающегося за счет несохранения четности электрического диполя EI и магнитного диполя перехода линии. При выборе конкретного перехода для измерений необходимо учитывать такие факторы, как величину R , возможность достижения жЬ І, наличие соответствующего лазера /9/. Удобным в этом смысле оказался переход връ L3bs,— 6/ 3 453/ ( X = 648 нм) в висмуте, где ожидалась величина -(2-4) 10 /10,11/ и можно ожидать такую же величину оптической активности ьУрнс (современные оценки дают R« -(1-2)«10 /12,13/).
В 1975 году нами была начата подготовка эксперимента по измерению вызванной несохранением четности оптической активности. Существовавшие лабораторные поляриметры имели точность измерений на уровне 10 рад, поэтому основная задача состояла в повышении ту точности до 10 рад при спектральном разрешении 4= 100 МГц, что оказалось сложной экспериментальной задачей. Работа по созданию спектрополяриметрическои установки и проведению на ней измерений оптической активности паров висмута потребовала многолетнего труда коллектива сотрудников. В данную диссертацию вошел первый этап этой работы, завершенный в 1980 году, а именно создание спектрополяриметра с погрешностью измерений не хуже 10 рад и проведение на нем первых экспериментов по наблюдению эффектов несохранения четности.
Цель настоящей работы состояла в следующем:
- выбор методики измерений малых вращений плоскости поляризации света;
- создание лабораторного поляриметра со спектральным разрешением 10 МГц;
- выявление, детальное изучение различных физических эффектов, ограничивающих точность спектрополяриметрических измерений;
- уменьшение погрешности спектрополяриметра до величины 10 рад; - измерение оптической активности в парах висмута.
Результаты работы систематически изложены в тексте диссертации, состоящей из пяти глав, введения и заключения.
В первой главе рассмотрены методы поляриметрических измерений. Проанализирован уровень предельной чувствительности в разных схемах поляриметров. Обсуждены вопросы о точности и спектраль ном разрешении поляриметров. В результате анализа выбрана модуляционная методика измерений со скрещенными поляризаторами.
Во второй главе рассмотрены важнейшие оптические элементы созданного спектрополяриметра. Описаны конструкции поляризаторов, модуляционной ячейки Фарадея, фотоприемников. Рассмотрены системы управления длиной волны лазера и контроля за ней, приведена общая оптическая схема спектрополяриметра.
В третьей главе описан оригинальный комплекс радиоэлектронной аппаратуры, созданный специально для спектрополяриметра. Эта аппаратура позволяет автоматически проводить спектральные измерения с неограниченным временем накопления и реализует высокие возможности, заложенные в оптической схеме спектрополяриметра. Приведено подробное описание основных систем комплекса- системы компенсации и регистрации вращения и системы управления лазером. Рассмотрена схемотехника отдельных узлов аппаратуры.
В четвертой главе описаны результаты исследований погрешностей спектрополяриметрических измерений. Систематически рассмотрены различные физические механизмы возникновения погрешностей. Изложены методы уменьшения погрешностей до величины менее 10 рад.
В пятой главе описаны эксперименты по исследованию оптической активности в парах висмута. Подробно изложена методика измерений. Рассмотрены различные ложные эффекты, возникающие в парах висмута. Проведен анализ результатов измерений.
В заключение сформулированы основные выводы диссертации. На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Создан лазерный спектрополяриметр со скрещенными призмами, измерения на нем проводятся по модуляционной методике с компенсацией измеряемого вращения. Чувствительность поляриметра составляет 10 рад при времени усреднения 5 минут и мощности лазера 10 мВт, что соответствует дробовым шумам.
2. Разработана радиоэлектронная аппаратура, позволяющая неограниченно долго накапливать измеряемое вращение в трех спектральных точках в автоматическом режиме. Разработаны оригинальные методы стабилизации частоты лазера по контуру фарадеевского вращения.
3. Выявлены и исследованы физические механизмы возникновения погрешностей в спектрополяриметрических измерениях.
4. Для уменьшения погрешностей применены поляризаторы со специальной ориентацией оптической оси и усреднение положения основных оптических элементов поляриметра. Впервые для устранения пространственной нестабильности лазерного пучка применен од-номодовый световод.
5. В результате создан спектрополяриметр с систематической ошибкой измерений менее 10 рад и спектральным разрешением 10 МГц.
6. Проведены измерения оптической активности в парах висмута. Показано, что наблюдаемый эффект меньше ожидавшегося.
Основные результаты работы опубликованы в /54,55,66-68/ и докладывались на семинарах в ФИАН, на сессиях отделений Ядерной физики и Общей физики и Астрономии АН СССР, на заседании бюро отделения Ядерной Физики АН СССР.
Спектральные поляриметрические измерения.
Оптическое вращение в веществе зависит от длины волны света. Поэтому все поляриметры являются спектральными приборами, так как в них специальными мерами ограничивают спектральную область, в которой проводятся измерения. Как правило, спектральная часть прибора независима от собственного поляриметра и обычно устанавливается между ним и источником.света. Все поляриметры можно разделить на два класса - те, в которых измерения можно проводить на одной или нескольких фиксированных длинах волн, и те, в которых измерения можно проводить на любой длине волны в пределах некоторой области спектра. Приборы последнего класса обычно называются спектрополяриметрами, так как с их помощью можно изучать спектральную зависимость оптического вращения. Выделение длины волны обычно проводится с помощью монохроматора - призменного или с дифракционной решеткой /15,17,23-25/. В работе /26/ описан спектрополяриметр, в котором монохроматор совмещен с поляриметром. В нем поляризационные призмы поляриметра одновременно являются дисперсионными призмами монохроматора. В спектрополяриметрах с традиционными источниками света (лампа накаливания, газоразрядная лампа) невозможно одновременно получить высокое спектральное разрешение и высокую чувствительность поляриметрических измерений. В самом деле, чувствительность поляриметров ограничивается дробовыми шумами фототока и падает при улучшении спектрального разрешения, так как при этом уменьшается интенсивность попадающего на фотоприемник света. При мощности источника непрерывного спектра от 100 до 1000 Вт и спектральном разрешении 1-Ю нм такие спектрополяриметры имеют чув- -5 ствительность на уровне 10 рад при времени усреднения сигнала вращения 1-Ю сек /17,18,23-26/. Существенного улучшения параметров спектрополяриметров можно достичь при использовании в качестве источника света перестраиваемых лазеров, которые одновременно выполняют функции монохро-маторов.
Современные перестраиваемые лазеры на красителях имеют ширину спектра излучения в одночастотном режиме АО) 10 МГц ( лХ 10 нм). При использовании специальных мер спектр гене о рации можно сузить до величины LIV Г» 10-100 кГц ( д\ 10 -10 нм) /27-31/. Мощность стандартных лазеров на красителях в одночастотном режиме составляет 10-100 мВт. Ее можно поднять до величины 0,1-1 Вт за счет использования кольцевого резонатора или эффективных селекторов одночастотного режима /3I-34-/. При этом дробовой шум фототока фотоприемника с квантовой эффектив-ностыо 0,1 будет соответствовать всего -10 рад при времени усреднения сигнала вращения I сек (см. 1.3). Такое высокое спектральное разрешение и чувствительность были недостижимы в долазерной спектрополяриметрии. Для анализа точности поляриметрических измерений обычно вводят такие понятия, как чувствительность и аппаратное вращение поляриметра. Чувствительность поляриметра - это точность, с которой на нем можно зарегистрировать оптическое вращение, равное нулю, то есть определить скрещенное положение поляризаторов. Фактически чувствительность соответствует шуму сигнала вращения. Иногда чувствительность называют также разрешающей способностью поляриметра. Чувствительность ограничивается быстрыми флуктуаци-ями сигнала измеряемого оптического вращения, то есть шумами вращения. Под быстрой флуктуацией будем понимать хаотическое изменение сигнала вращения за время по порядку величины меньшее или равное постоянной времени системы регистрации вращения. Таким образом, чувствительность зависит от постояннной времени накопления сигнала вращения и улучшается при ее увеличении за счет усреднения.
Назовем аппаратным вращением ту часть измеренного вращения, которая вызвана дефектами поляриметра и не связана с исследуемым оптическим вращением. Аппаратное вращение изменяется со временем и вызывает медленные флуктуации сигнала вращения. На свободном от исследуемого объекта (пустом) поляриметре аппаратное вращение проявляется как дрейф нулевой линии. К аппаратному вращению следует отнести и вращение, возникающее при введении в поляриметр исследуемого объекта, но не являющегося исследуемым вращением (например, вращение в окошках кюветы с исследуемым веществом и т.п.). Аппаратное вращение заметно лишь в том случае, если его величина больше чувствительности поляриметра, при этом оно вызывает разброс результатов измерений больший, чем шумы поляриметра. Отметим, что деление погрешности измерения на шум и аппаратное вращение несколько условно, так как быстро изменяющееся во времени аппаратное вращение может быть одной из составляющих шума вращения. Теоретическим пределом шума вращения любого поляриметра является дробовой шум, вызываемый флуктуациями числа фотонов, зарегистрированных фотоприемником. Оценим величину дробового шума вращения. Рассмотрим простой немодуляционный поляриметр со скрещенными призмами. Согласно (1.2) число зарегистрированных за время Т фотоэлектронов равно
Система контроля частоты излучения лазера
Система контроля частоты излучения лазера предназначена для первоначальной настройки частоты лазера на рабочую область
X = 648 нм и для наблюдения изменений частоты лазера в процессе измерений. Соответственно система контроля состоит из двух каналов: канала грубого контроля (для первоначальной настройки) и канала точного контроля (для наблюдения перестройки частоты лазера по исследуемой спектральной линии). Блок-схема системы контроля показана на рисунке б. Часть излучения лазера I отводится в систему контроля при отражении от клиновидной стеклян -ной пластинки 2. Лазерный пучок ослабляется по интенсивности при френелевских отражениях от набора подложек 3-5 и фокусируется на входной щели полихроматора 8 дифракционной решеткой (модель 82 - U 22 фирмы Джерелл Эш). В качестве дисперсионного элемента в нем используется дифракционная решетка. Благодаря большой мощности лазерного пучка и применению видикона с ЭОПом удалось работать в четвертом порядке дифракции, при этом дисперсия достигает 0,7 нм/мм. Разложенное в спектр излучение регистрируется фотоприемником 9, который входит в комплект оптического многоканального анализатора (ОМ) производства фирмы PAR С (модель 1205), Зарегистрированный спектр в цифровой форме хранится в запоминающем устройстве блока электроники 10 и одновременно отображается на экране дисплея.II. Спектральное разрешение системы монохроматор - ОМА составляет 15 ГГц/канал. Для абсолютной калибровки длины волны используется реперное излучение спектральной неоновой лампы 6, которое направляется в полихроматор при помощи подложки 7.
В канале точного контроля частоты лазера используется спе-ктроанализатор 12, представляющий из себя сканирующий конфокальный интерферометр с областью свободной дисперсии 8 ГГц и шириной аппаратной функции (по полувысоте) 40 МГц (модель 470 фирмы Спектра-Физикс). Прошедшее через интерферометр излучение детектируется фотодиодом 15, сигнал с которого через усилитель 16 подается на осциллограф 14. Сканирование спектроанализатора и горизонтальную развертку осциллографа осуществляет генератор пилообразного напряжения 13. При помощи спектроанализатора можно контрлировать одночастотный характер генерации лазера, а также наблюдать перестройку частоты в процессе спектральных измерений оптического вращения.
Весь спектрополяриметр размещается на оптическом столе, в конструкции которого особое внимание уделено антивибрационной развязке. Основанием стола является кирпичная кладка с прокладками из войлока, общая высота основания 70 см. Верхней частью стола является бетонная плита массой I т, отделенная от основания пневматической развязкой из трех авиационных камер. На бетонной плите на общем рельсе установлены лазер на красителе и аргоновый лазер накачки. Весь поляриметр, за исключением системы контроля частоты лазера, смонтирован на стальной плите, которая отделена от бетонной плиты поролоновой прокладкой.-Размеры стальной плиты 2600 х 600 х 18 мм, масса - 200 кг, снизу плита усилена швелерами. Система контроля частоты собрана на малом оптическом столе, расположенном рядом с основным.
Общая компоновка оптической схемы спектрополяриметра показана на рисунке 7. Для накачки лазера на красителе 2 используется излучение аргонового лазера I. При отражении от стеклянной подложки 4 часть излучения лазера на красителе отводится в систему ко троля частоты (пучок 5). Диаметр лазерного пучка, направляемого в поляриметр, уширяется до 1,5 мм телескопом, состоящим из линз 6 и 8. Собственно поляриметр образован скрещенными призмами -поляризатором II и анализатором 17, между которыми помещена ячейка Фарадея ІЗ. При исследовании оптического вращения в парах висмута внутрь поляриметра помещалась печка 15, работающая по принципу тепловой трубы /49/. Для устранения аппаратного вращения от окошек печки они выносились из поляриметра, то есть располагались перед поляризатором и за анализатором (на рисунке показано пунктиром 18). При этом поляризационные призмы помещены в герметических латунных блоках, которые соединялись с печкой отрезками кварцевых трубок и сильфонами. Для предотвращения вылета паров висмута из печки весь объем поляриметра заполнялся буферным газом - гелием.
Конструкция крепления призм позволяла юстировать их по трем перпендикулярным осям вращения под вакуумом.
Перед фотоприемником сигнала вращения 24 установлен простейший монохроматор, состоящий из дисперсионной призмы 21 (материал-тяжелый флинт, угол при вершине 60), длиннофокусной линзы 22 ( / 1 м) и диафрагмы 23 диаметром I мм, помещенной в фокальную плоскость линзы 22. Назначение монохроматора - не пропустить на фотоприемник тепловое излучение печки. Спектральная ширина аппаратной функции монохроматора 50 нм.
Дисперсия призмы - поляризатора приводит к угловому смещению пучка света в поляриметре при перестройке частоты лазера. Для устранения этого эффекта перед поляризатором установлена компенсационная призма 10, вносящая угловую дисперсию противоположного знака. Компенсационная призма также играет роль предварительного поляризатора, направляя в поляриметр необыкновенную волну. Конструкция призмы 10 аналогична конструкции поляризатора.
Канал привязки частоты лазера к контуру фарадеевского вращения
Используемая в спектрополяриметре аппаратура позволяет привязать частоту лазера Ц_ к характерным точкам контура фарадеевского вращения yF(vo) , а именно к экстремумам и к нулям функции yFM . При измерении оптического вращения на компоненте сверхтонкой структуры 6-7 привязка проводится к частотам toCftv+siv„ - которые соответствуют максимуму и нулям фарадеевского вращения (рис.14а). Привязка к нулям u +,ou позволяет исключить вклад фарадеевского вращения в измеряемую оптическую активность (см. 5.1). Рассмотрим, как в спектрополяриметре осуществляется привязка к этим частотам. Блок-схема канала фарадеевской привязки показана на рис.16. Сигнал фарадеевского вращения снимается с аналогового делителя 8 канала компенсации вращения (смотри 3.2). Напомним, что канал регистрации вращения измеряет постоянное во времени вращение f Для отделения измеряемого вращения от фарадеевского фр последнее вводится в поляриметр на частоте 51г = 138 Гц при наложении на пары висмута в печке внешнего переменного магнитного поля НЮ-Иъ Я Ь . При амплитуде магнитного поля Н$ = 0,5 Гс фарадеевское вращение в центре линии (компонента 6-7, рис.16) достигает величины fp( o)jt% Ю рад при рабочих условиях в печке (см. 5.1). Привязка к максимуму фарадеевского вращения р(ш) (к частоте Ю0 ) производится с помощью стандартной модуляционной методики. В этом режиме блок логики замыкает аналоговые ключи 2 и $6 (рис.16) и на суммирующий усилитель 16 поступает напряжение модуляции (частота Ла = 78,8 Гц). Амплитуда модуляции частоты лазера составляет 50 МГц. Сигнал отстройки частоты лазера Юц от максимума фарадеевского вращения CJ0 выделяется из полного сигнала вращения узкополосной системой 9, состоящей из селективного усилителя и синхронного детектора. Заметим, что в канале привяз- ки к центру линии (л 0 осуществляется тройная модуляция, а именно: общая модуляция вращения в поляриметре на частоте Sl{ = 1108 Гц, модуляция частоты лазера wL на частоте Ла= 78,8 Гц (для привязки к GJ0 ) и модуляция фарадеевского вращения на частоте Л5 = = 138 Гц (для разделения измеряемого и фарадеевского вращений). Соответственно узкополосная система настроена на сумму трех частот Я,+51а+Л3 = 1325 Гц. Петля привязки к центру линии замыкается аналоговым ключом, который подает сигнал расстройки на интегратор 12. Частота лазера I перестраивается напряжением, поступающим с суммирующего усилителя 16 на блок перестройки частоты лазера 18. Коэффициент усиления по петле привязки составляет 300, постоянная времени замкнутой петли 3 сек. В режиме привязки частоты лазера к нулям фарадеевского вращения о+ иы. блок логики замыкает аналоговые ключи $7 и $Z (или SH ), ключи а и $6 при этом разомкнуты. Через ключ $Ъ№) на суммирующий усилитель 16 с ЦАП ІЗ поступает напряжение, сдвигающее частоту лазера от wc к со + (или к 0_ ).
В системе используются два независимых выхода ЦАП, параметры которого описаны в 3.4. Точная привязка к CJ (W-) происходит за счет применения петли 00С, замыкаемой ключом S? . Основная особенность петли привязки состоит в том, что в ней не используется модуляция частоты лазера. Сигналом расстройки частоты лазера u L от Cv+[u ) является само фарадеевское вращение, выделяемое узкополосной системой 10 на частоте Л,- Л з 1246 Гц. Петля привязки управляет частотой лазера U)L таким образом, чтобы уменьшить величину фарадеевского вращения. При этом происходит привязка U)u к частоте о СО+ІШ .) . Коэффициент усиления по петле привязки 10 , постоянная времени привязки I сек. В режимах привязки к частотам wClw+ ,u в поляриметр вводится большое фарадеевское вращение, способное исказить результаты измерений оптического вращения из-за нелинейности во входных каскадах канала компенсации вращения. Поэтому во время проведения измерений режим привязки отключается, при этом также выключается переменное магнитное поле Н$яім$.гЬ в печке с парами висмута, а электроника управления частотой лазера переводится в режим памяти". Особенностью этого режима является стабилизация частоты лазера с помощью внешнего интерферометра Фабри-Пе-ро (ИФП). При этом удается уменьшить флуктуации частоты, связанные с нестабильностью в струе красителя /51/. Стабилизация частоты лазера производится в два этапа. На первом этапе пик пропускания ИФП подстраивается к нужной частоте С 0э + 3 w-) На втором этапе (собственно режим "памяти") частота лазера привязывается к пику пропускания ИФП.
Аппаратное вращение в поляризационных призмах
Поляризатор и анализатор являются одними из наиболее ответственных оптических элементов спектрополяриметра. Проведенное детальное исследование их работы показало, что сами поляризационные призмы являются источником частотно-зависимого аппаратного вращения, которое может достигать значительной величины (вплоть до 10-10 рад) в случае неудачной конструкции призм. В этом разделе рассматриваются некоторые механизмы, приводящие к появлению в призмах частотно-зависимого аппаратного вращения и указываются меры, позволяющие уменьшить его величину. Эти механизмы можно разделить на два класса: - связанные с интерференционными эффектами - связанные с изменением структуры лазерного пучка, возникающим при перестройке длины волны лазера. Рассеяние с деполяризацией на выходной грани призмы лазерного пучка вызывает аппаратное вращение по интерференционному механизму. Так как скорости распространения обыкновенной и необыкновенной волн в призмах различны, то они имеют разность хода на выходной грани Здесь х - длина пути светового пучка в призме, п0 и ле - показатели преломления для обыкновенной и необыкновенной волн соответственно. В призму-анализатор лазерный пучок входит нормально к ее поверхности, поэтому обыкновенная и необыкновенная волна идут точно по тому же пути. На выходной грани происходит рассеяние и деполяризация опорного пучка (необыкновенной волны) и возникает аппаратное вращение. Это аппаратное вращение УАг является частотно-зависимым, так как необыкновенная волна при рассеянии имеет разность хода по сравнению с обыкновенной; величина этой разности хода указана в формуле (4.6). Для призм )(- 0,7 см, Y\0-Y\Q = 0,17 и разность хода составляет дЬ% 0,13 см, а период частотной зависимости 9Ao- r - 250 ГГц. Разность хода нельзя изменить смещением призмы, потому что рассеяние с деполяризацией происходит не вообще на всей поверхности призмы,освещенной лазерным пучком, а на конкретных центрах рассеяния (пылинки, трещинки). Так как положение центров рассеяния на поверхности призмы фиксировано, то фиксирована и разность хода для каждого из них.
Однако фазу аппаратного вращения РАг можно изменять, слегка наклоняя призму. Аналогичное аппаратное вращение Ц должно возникать в призме - поляризаторе. В ней направления распространения обыкновенной и необыкновенной волн не совпадают, угол "разводки" составляет 3 внутри призмы. Однако из-за небольших размеров призмы пучки света с ортогональными поляризациями не успевают пространственно разделиться на выходной грани поляризатора. Для уменьшения величины аппаратного вращения Ч Аг необходимы тщательная полировка и очистка гипотенузных граней призм, специальный выбор рабочих участков призм по минимуму освещаемых центров рассеяния. Амплитуда аппаратного вращения f.„ зависит от чистоты поверхности призмы и от ее юстировки, типичное значение для наших призм IV 10 рад. Для уменьшения его влияния на результаты измерений призмы юстировались так, чтобы попасть в максимум или в минимум синусоидальной зависимости V 2(w). При этом изменение УАг при перестройке частоты лазера на I ГГц становится за- ведомо меньше 10 рад. Кроме того, выбором рабочего участка призмы можно существенно уменьшить амплитуду У за счет компенсации вращений от различных центров рассеяния. Регистрограмма с типичной записью аппаратного вращения типа 2 приведена на рис.23. Другие механизмы частотно-зависимого аппаратного вращения в призмах связаны с изменением структуры лазерного пучка при перестройке частоты лазера.
Под структурой светового пучка здесь и в дальнейшем мы будем понимать диаграмму угловой направленности мощности пучка и плотность распределения мощности по сечению пучка. Как указывалось в 2.1, структура лазерного пучка отличается от гауссовой и изменяется при перестройке частоты лазера. Рассмотрим аппаратное вращение, возникающее в призмах при изменении направления распространения пучка. Детальная теория такого аппаратного вращения развита нами в работах /54,55/. Отметим также более позднюю работу /56/ с аналогичным рассмотрением и работу /57/, в которой в общем виде получено точное решение задачи о преломлении света на границе кристалл-вакуум. Здесь мы качественно обсудим это аппаратное вращение.