Setup of a high-resolution birefringence measurement system for quantification of single crystal diamonds

Aufbau eines hochauflösenden Doppelbrechungsmessplatzes zur Quantifizierung von Einkristalldiamanten

  • The birefringence of single crystal diamonds is quantified using a birefringence measurement setup and a Matlab program for the calculation. The theoretical backgrounds of the polarization of light and polarization changing equipment is used for selecting a plane polariscope measurement method. Here, a birefringent sample is placed between two optical polarizers. The equipment, as well as its theoretical and practical behavior in the measurement setup is discussed. The equations for birefringence measurements are given and a practical Matlab program is introduced to simplify the birefringence calculation for the user. Possible influences on the birefringence value due to inaccuracies of the laser, the polarizers, the diamond sample, the magnification lenses and the camera are discussed and taken into account. Intensity fluctuations and polarization changes of the laser beam are studied. The direction of the transmission axis of the polarizer and the analyzer is examined. A retarder is inserted into the measurement setup to check the accuracy of the birefringence measurement since a retarder has a known phase retardation. This retarder measurement should qualify the measurement setup to quantify birefringence of the diamond sample. The measurement results show that intensity fluctuations of the laser and the handling inaccurracies of the polarizers have a major influence on the accurracy of the birefringence measurement. This measurement setup is not qualitfied to measure birefringence accurate yet. Steps to improve the measurement setup and the birefringence calculation are discussed.
  • Die Doppelbrechung von Einkristalldiamanten wird mit Hilfe eines Doppelbrechungsmessplatzes und einem Matlabprogramm berechnet. Das Prinzip der Polarisation von Licht und polarisationsändernden Bauelementen bilden die Grundlage für die Auswahl einer linearen Polarisationsmessmethode. Eine doppelbrechende Probe wird dabei zwischen 2 optische Polarisatoren platziert. Die Anlagenbestandteile sowie deren theoretisches wie auch praktisches Verhalten im Messaufbau wird besprochen. Die Doppelbrechungsmessung wird anhand von Gleichungen aufgezeigt und ein Matlabprogramm zur Vereinfachung der Doppelbrechungsberechnung eingeführt. Dabei werden mögliche Messunsicherheiten von Laser, Polarisatoren, Diamantprobe, Linsen und Kamera betrachtet sowie deren Einfluss auf die Genauigkeit der Doppelbrechungswerte diskutiert. Intensitätsschwankungen und Polarisationsänderungen des Laserstrahls werden untersucht und die Lage der Transmissionsachse von Polarisator und Analysator geprüft. Mit einem Verzögerungsplättchen, eingebracht in den Messaufbau anstelle einer Diamantprobe, wird die Messgenauigkeit des Doppelbrechungsmessplatzes überprüft, da die Phasenverschiebung für das Verzögerungsplättchen bekannt ist. Somit soll der Messaufbau für die Doppelbrechungsmessung von Diamantproben qualifiziert werden. Die Messergebnisse zeigen einen großen Einfluss von Intensitätsschwankungen des Lasers und Stellungenauigkeiten der Polarisatoren auf die Messgenauigkeit der Doppelbrechung. Der Messaufbau ist so noch nicht qualifiziert für eine genaue Doppelbrechungsmessung. Es werden Vorschläge zur Verbesserung des Messaufbaus und somit der Berechnung der Doppelbrechung gegeben.

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Metadaten
Author:Theresa Sperk
Advisor:Peter HartmannGND, Matthias Mühle
Document Type:Master's Thesis
Language:English
Name:Fraunhofer CCD
1449 Engineering Research Ct., 48824 East Lansing
Date of Publication (online):2018/02/22
Year of first Publication:2016
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2016/10/17
GND Keyword:Diamant; Doppelbrechung; Polarisation
Page Number:100 Seiten, 50 Abb., 20 Tab., 78 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2018/02/22