ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЭЛЛИПСОМЕТРИИ В ОПТИКЕ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

На основе обобщения теории отражения поляризованного света в приближении Борна от границы раздела неоднородных сред усовершенствованы физико-математические методы моделирования и измерений поляризационно-оптических характеристик отражающей системы «неоднородный поверхностный слой – неоднородная среда». Дано теоретическое и экспериментальное обоснование одновременного применения методов многоугловой и сканирующей эллипсометрии для элементов градиентной оптики при наличии неоднородного слоя на поверхности оптической детали. Измерение основных эллипсометрических параметров – азимута линейной восстановленной поляризации Ψ и разности фаз Δ между взаимно ортогональными p- и s-компонентами отраженного поляризованного светового пучка – осуществлялось на двухканальной установке, где в первом канале используется схема измерений поляризационных параметров Ψ и Δ по методу компенсационной (нулевой) эллипсометрии; во втором канале – по фотометрической схеме измерений параметров Ψ и Δ с применением метода Фурье-детектирования выходного сигнала. Такое разделение каналов позволяет измерять поляризационные параметры отраженного светового пучка раздельно и тем самым повысить

точность эллипсометрических измерений по отношению к исследуемой физической величине объекта измерений. На основе измерений поляризационных параметров Ψ и Δ при угле падения светового пучка φ=45° в рамках метода сканирующей эллипсометрии и модели геометрически плоской границы раздела однородных сред были рассчитаны значения показателя преломления n(r) и показателя поглощения k(r) по «аксиальному значению» градана. Полученные результаты указали на некорректность модели геометрически плоской границы раздела сред для поляризационных измерений распределения показателей преломления n(r) и поглощения k(r) в элементах градиентной оптотехники. Для отражающей системы «неоднородный поверхностный слой – неоднородная среда» изменение показателя преломления n(r) по «аксиальному сечению» элемента r пропорционально разности фаз Δ(r) между двумя взаимно ортогональными компонентами отраженного светового пучка. При этом азимут линейной восстановленной поляризации Ψ(r) по сечению градиентного оптического элемента изменяется незначительно. На основе уравнения эллипсометрии, полученного в рамках теории отражения поляризованного света Борна, приведены основные соотношения для расчета показателя преломления nс и толщины dс поверхностного слоя в каждой локальной точке r градана. Полученные результаты экспериментальных исследований позволяют дать количественную оценку качества обработки поверхности элементов оптотехники. Разработанные эллипсометрические методики рекомендованы в технологическом производстве оптических узлов с элементами градиентной и волоконной оптики.

1. Васильева В.И., Петровский Г.Т., Черных В.Д., Ягмуров В.Х. Гибкие регулярные элементы для эндоскопии // Оптический журнал. 1994. Т. 61. № 12. С. 55–57.

2. Архипова Л.Н., Ивашевский С.Н., Карапетян Г.О. и др. Градиентная оптика для медицинских эндоскопов // Оптический журнал. 1994. Т. 61. № 12. С. 51–54.

3. Ильин В.Г., Меланьина Т.М., Ремизов Н.В. Оценка распределения показателя преломления при измерении угловой пространственной частоты передачи изображения в граданах // Оптика и спектроскопия. 1984. Т. 57. № 5. С. 933–936.

4. Ильин В.Г., Ремизов Н.В. Интерференционный метод измерения распределения показателя преломления в передающих изображение градана // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10. № 2. С. 105–110.

5. Ильин В.Г., Карапетян Г.О., Полянский М.Н. Измерение локальных значений показателя преломления неоднородных сред // Журнал прикладной спектроскопии. 1978. Т. 28. № 1. С. 160–163.

6. Демидов И.В., Лисицын Ю.В., Михайлов Ю.В., Храмцовский И.А. Определение пространственной частоты передачи изображений градиентными оптическими элементами методами эллипсометрии // Сборник тезисов V Международной конференции "Прикладная оптика-2002". СПб., 2002. Т. 1. С. 156.

7. Землянский В.С., Горляк А.Н., Степанчук А.А., Храмцовский И.А. Эллипсометрический метод технологического контроля элементов лазерной техники и градиентной оптики // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2007. № 9 (43). С. 81–87.

8. Ильин В.Г., Карапетян Г.О., Ремизов Н.В. Стекла для градиентной оптики // Сборник тезисов VII Всесоюзного симпозиума "Оптические и спектральные свойства стекол". Л., 1989. С. 234–235.

9. Стеклообразное состояние / Под ред. Е.А. Порай-Кошица. Л.: Наука, 1988. 170 с.

10. Серков М.М., Кондратьев Ю.Н. Градиентные среды на основе кварцоидов // Физика и химия стекла. 1984. Т. 10. № 1. С. 160–163.

11. Пшеницын В.И., Абаев М.И., Лызлов Н.Ю. Эллипсометрия в физико-химических исследованиях. Л.: Химия, 1986. 152 с.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License